Msp430单片机应用技术第二讲

1、Msp430单片机应用技术第二讲2.1 MSP430F169单片机结构单片机结构图图2.1 MSP430F169 单片机结构原理图单片机结构原理图 MSP430F169 具有丰富的片内外设具有丰富的片内外设u 包括包括16位定时器；位定时器；u 12位快速位快速 A/D转换器；转换器；u 双双12位位D/A转换器；转换器；u 比较器；比较器；u 一个或者两个通用同步一个或者两个通用同步/异步串行通讯接口（异步串行通讯接口（USART）、）、I2C；u MA控制器和控制器和48个个I/O引脚引脚u 单片机还包括单片机还包括60K的的FLASH，2K的的RAM，支持串行在线编程和可编程的保，支持串

2、行在线编程和可编程的保密熔丝代码保护密熔丝代码保护 CPU通过地址总线（通过地址总线（MAB）、数据总线（）、数据总线（MDB）、控制总线（）、控制总线（MCB）与）与片上外设建立联系。片上外设建立联系。图图2.2 MSP430F1692.2 MSP430F169封装图及实物图封装图及实物图 表表2.1 MSP430F1692.1 MSP430F169单片机引脚功能说明单片机引脚功能说明引脚名称引脚名称编号编号I/O功能说明功能说明Avcc64模拟供电电源正端模拟供电电源正端.只为只为ADC和和DAC的模拟部分供电的模拟部分供电Avss62模拟供电电源负端模拟供电电源负端.只为只为ADC和和D

3、AC的模拟部分供电的模拟部分供电DVcc1数字供电电源正端数字供电电源正端.为所有数字部分供电为所有数字部分供电DVss63数字供电电源负端数字供电电源负端.为所有数字部分供电为所有数字部分供电P1.0/TACLK12I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/定时器定时器A时钟信号时钟信号TACLK输入输入P1.1/TA013I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/定时器定时器A捕捉：捕捉：CCI0A输入，比较：输入，比较：OUT0输出输出P1.2/TA1 14I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/定时器定时器A捕捉：捕捉：CCI1A输入，比较：输入，比较：OUT1输出输出P1.3/TA215I/O

4、通用数字通用数字I/O引脚引脚/定时器定时器A捕捉：捕捉：CCI2A输入，比较：输入，比较：OUT2输出输出P1.4/SMCLK16I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/SMCLK信号输出信号输出P1.5/TA017I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/定时器定时器A，比较：，比较：OUT0输出输出P1.6/TA1 18I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/定时器定时器A，比较：，比较：OUT1输出输出P1.7/TA219I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/定时器定时器A，比较：，比较：OUT2输出输出P2.0/ACLK20I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/ACLK输出输出P2.1/TA

5、INCLK21I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/定时器定时器A，INCLK上的时钟信号上的时钟信号P2.2/CAOUT/TA022I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/定时器定时器A捕获：捕获：CCI0B输入输入/比较器输出比较器输出 P2.2/CAOUT/TA022I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/定时器定时器A捕获：捕获：CCI0B输入输入/比较器输出比较器输出P2.3/CA0/TA123I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/定时器定时器A，比较：，比较：OUT1输出输出/比较器比较器A输入输入P2.4/CA1/TA224I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/定时器定时器A，比较：

6、，比较：OUT2输出输出/比较器比较器A输入输入P2.5/Rosc25I/O通用数字通用数字I/O引脚，定义引脚，定义DCO标称频率的外部电阻输入标称频率的外部电阻输入P2.6/ADC12CLK/DMAE026I/O通用数字通用数字I/O引脚，转换时钟引脚，转换时钟12位位ADC，DMA通道通道0外部触发器外部触发器P2.7/TA027I/O通用数字通用数字I/O引脚引脚/定时器定时器A比较：比较：OUT0输出输出P3.0/STE028I/O通用数字通用数字I/O引脚，引脚，USART0/SPI模式从设备传输使能端模式从设备传输使能端P3.1/SIMO0/DSDA29I/O通用数字通用数字I/

7、O引脚，引脚，USART0/SPI模式的从入模式的从入/主出，主出，I2C数据数据P3.2/SOMI030I/O通用数字通用数字I/O引脚，引脚，USART0/SPI模式的从出模式的从出/主入主入P3.3/UCLK0/SCL31I/O通用数字通用数字I/O引脚，引脚，USART0/SPI模式的外部时钟输入，模式的外部时钟输入，USART0P3.4/UTXD032I/O通用数字通用数字I/O引脚，引脚，USART0/UART模式的传输数据输出模式的传输数据输出P3.5/URXD033I/O通用数字通用数字I/O引脚，引脚，USART0/UART模式的接收数据输入模式的接收数据输入P3.6/UTX

8、D134I/O通用数字通用数字I/O引脚，引脚，USI1/UART模式的发送数据输出模式的发送数据输出P3.7/URXD135I/O通用数字通用数字I/O引脚，引脚，USI1/UART模式的接收数据输入模式的接收数据输入P4.0/TB036I/O通用数字通用数字I/O引脚，捕获引脚，捕获I/P或者或者PWM输出端口定时器输出端口定时器B7 CCR0P4.1/TB137I/O通用数字通用数字I/O引脚，捕获引脚，捕获I/P或者或者PWM输出端口定时器输出端口定时器B7 CCR1P4.2/TB238I/O通用数字通用数字I/O引脚，捕获引脚，捕获I/P或者或者PWM输出端口定时器输出端口定时器B7

9、 CCR2P4.3/TB3 39I/O通用数字通用数字I/O引脚，捕获引脚，捕获I/P或者或者PWM输出端口定时器输出端口定时器B7 CCR3P4.4/TB440I/O通用数字通用数字I/O引脚，捕获引脚，捕获I/P或者或者PWM输出端口定时器输出端口定时器B7 CCR4P4.5/TB541I/O通用数字通用数字I/O引脚，捕获引脚，捕获I/P或者或者PWM输出端口定时器输出端口定时器B7 CCR5P4.6/TB642I/O通用数字通用数字I/O引脚，捕获引脚，捕获I/P或者或者PWM输出端口定时器输出端口定时器B7 CCR6P4.7/TBCLK43I/O通用数字通用数字I/O引脚，输入时钟引

10、脚，输入时钟TBCLK定时器定时器B7 RSTP6.4/A43I/O通用数字通用数字I/O引脚，模拟量输入引脚，模拟量输入A412位位ADCP6.5/A54I/O通用数字通用数字I/O引脚，模拟量输入引脚，模拟量输入A512位位ADCP6.6/A6/DAC05I/O通用数字通用数字I/O引脚，模拟量输入引脚，模拟量输入A612位位ADC，DAC.0输出输出P6.7/A7/DAC1/SVSIN6I/O通用数字通用数字I/O引脚，模拟量输入引脚，模拟量输入A712位位ADC，DAC.1输出，输出，SVS输入输入/NMI58I复位输入，不可屏蔽中断输入端口或者复位输入，不可屏蔽中断输入端口或者Boo

11、tstrap Lload启动启动（FLASH器件）器件）TCK57I测试时钟，测试时钟，TCK是芯片编程测试和是芯片编程测试和bootstrap loader启动的时钟启动的时钟输入端口输入端口TDI/TCLK55I测试数据输入或时钟输入，器件保护熔丝连接到该引脚测试数据输入或时钟输入，器件保护熔丝连接到该引脚TDO/TDI54I/O测试数据输出端口，测试数据输出端口，TDO/TDI数据输出或者编程数据输出引脚数据输出或者编程数据输出引脚TMS 56I测试模式选择，测试模式选择，TMS用作芯片编程和测试的输入端口用作芯片编程和测试的输入端口VeREF+10I外部参考电压的输入外部参考电压的输入

12、VREF+7O参考电压的正输出引脚参考电压的正输出引脚VREF-/VeREF-11O内部参考电压或者外加参考电压的引脚内部参考电压或者外加参考电压的引脚XIN8I晶体振荡器晶体振荡器XT1的输入端口，可连接标准晶振或者钟表晶振的输入端口，可连接标准晶振或者钟表晶振XOUT/TCLK9I/O晶体振荡器晶体振荡器XT1的输出引脚或测试时钟输入的输出引脚或测试时钟输入XT2IN53I晶体振荡器晶体振荡器XT2的输入端口，只能连接标准晶振的输入端口，只能连接标准晶振XT2OUT52O晶体振荡器晶体振荡器XT2的输出引脚的输出引脚 2.2 MSP430F169的中央处理单元的中央处理单元 (CPU)图图

13、2.3 CPU组成组成 MSP430F169单片机单片机CPU具有如下特征具有如下特征： 16位位RSIC精简指令集，支持精简指令集，支持7种寻址方式种寻址方式 正交化设计，每条指令都支持全部寻址方式正交化设计，每条指令都支持全部寻址方式 16位宽地址总线允许对整个存储器的访问位宽地址总线允许对整个存储器的访问 寄存器资源丰富寄存器资源丰富 常数发生器常数发生器 直接的存储器到存储器访问直接的存储器到存储器访问 2.2.2 MSP430F169 CPU 的寄存器资源的寄存器资源 CPU寄存器资源丰富，寄存器资源丰富，16个个16-bit寄存器寄存器R0R15。其中，。其中，R0R3具具有特殊功

14、能：程序计数器有特殊功能：程序计数器R0/PC、堆栈指针、堆栈指针R1/SP、状态寄存器、状态寄存器R2/SR/CG1和常数发生器和常数发生器R3/CG2；R4R15为通用寄存器。为通用寄存器。 表表2.2 MSP430F169 CPU2.2 MSP430F169 CPU寄存器说明寄存器说明寄存器名称寄存器名称功能功能R0程序计数器程序计数器PCR1堆栈指针堆栈指针SPR2状态寄存器状态寄存器SR / 常数发生器常数发生器CG1R3常数发生器常数发生器CG2R4通用寄存器通用寄存器R4R15通用寄存器通用寄存器R15 1程序计数器程序计数器PC 程序计数器程序计数器PC总是指向程序存储器中下一

15、条将要执行的指令的地址。总是指向程序存储器中下一条将要执行的指令的地址。MSP430指令长度分别为指令长度分别为2、4或或6字节长，字节长，PC相应递增。相应递增。 PC内容总是偶数，指向偶字节地址。内容总是偶数，指向偶字节地址。PC是是16位寄存器，可以寻址位寄存器，可以寻址64K存储空间，对程序存储器的访问以字为单位。存储空间，对程序存储器的访问以字为单位。 在执行条件或无条件转移指令、调用指令或响应中断时，程序计数在执行条件或无条件转移指令、调用指令或响应中断时，程序计数器器PC都会被赋新值，其他情况下，程序计数器都会被赋新值，其他情况下，程序计数器PC的值自动增加的值自动增加。 2堆栈

16、指针堆栈指针SP 堆栈是遵循堆栈是遵循“先入后出先入后出”原则的特殊数据存储区，用来保护现场数原则的特殊数据存储区，用来保护现场数据：据：（1）系统调用子程序或进入中断服务程序时，将）系统调用子程序或进入中断服务程序时，将PC值（程序未跳转之值（程序未跳转之前的值）压入堆栈进行保护，然后程序计数器前的值）压入堆栈进行保护，然后程序计数器PC被赋予子程序入口地址被赋予子程序入口地址或中断向量地址，执行子程序或中断服务程序。子程序或中断服务程序执或中断向量地址，执行子程序或中断服务程序。子程序或中断服务程序执行完毕后，遇到返回指令，则将堆栈的内容送到程序计数器行完毕后，遇到返回指令，则将堆栈的内容

17、送到程序计数器PC中，程序中，程序又返回主程序继续执行；又返回主程序继续执行；（2）堆栈可在函数调用期间保存寄存器变量、局部变量和参数等。）堆栈可在函数调用期间保存寄存器变量、局部变量和参数等。 堆栈指针堆栈指针SP则总是指向堆栈的顶部，即栈顶。根据堆栈地址的生则总是指向堆栈的顶部，即栈顶。根据堆栈地址的生成方向，堆栈可分为成方向，堆栈可分为“向下增长型（高地址向低地址增长）向下增长型（高地址向低地址增长）”或或“向上增长型（低地址向高地址增长）向上增长型（低地址向高地址增长）”。 MSP430堆栈属于堆栈属于“向下增长型向下增长型”，即系统在将数据压入堆栈时，即系统在将数据压入堆栈时，即压栈

18、，总是先将堆栈指针即压栈，总是先将堆栈指针SP值减值减2，然后再将数据送到，然后再将数据送到SP所指向所指向的的RAM单元中。将数据从堆栈中弹出，即弹栈，与压栈过程相反：单元中。将数据从堆栈中弹出，即弹栈，与压栈过程相反：先将数据从先将数据从SP所指向的内存单元中读取出来，再将所指向的内存单元中读取出来，再将SP值加值加2。 3状态寄存器状态寄存器SR 状态寄存器SR/R2反映了程序执行过程中控制器的现场状态，用于指示ALU的运算结果状态以及CPU、时钟状态等。作用？作用？15 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0保留保留VSCG1SCG0OSCOFFCPUOFFGIENZCBit8 V 溢

19、出标志位，当算术运算结果超出有符号数范围时置位，否则为溢出标志位，当算术运算结果超出有符号数范围时置位，否则为0Bit7 SCG1 系统时钟控制位系统时钟控制位1。置位，禁止。置位，禁止SMCLK。Bit6 SCG0 系统时钟控制位系统时钟控制位0。复位，使能直流发生器；。复位，使能直流发生器；SCG0置位，置位， 且且DCOCLK没有被用作没有被用作MCLK或或SMCLK时，直流发生器才能被禁止。时，直流发生器才能被禁止。Bit5 OSCOFF 晶体控制位。晶体控制位。 复位，激活复位，激活LFXT1。OSCOFF置位且置位且LFXT1CLK 不用于不用于MCLK或或 SMCLK时，时，LF

20、XT1禁止；禁止； 置位，使晶体振荡器置位，使晶体振荡器 处于停止状态处于停止状态。设置。设置 OSCOFF=1 必须同时必须同时 设置设置 CPUOFF=1，只有系统允许的外部中断或，只有系统允许的外部中断或NMI可唤醒可唤醒CPU。 Bit4 CPUOFF CPU 控制位。置位使控制位。置位使 CPU 进入关闭模式，此时除了进入关闭模式，此时除了 RAM 内容、端口、寄存器保持外，内容、端口、寄存器保持外，CPU处于停止状态，处于停止状态， 可用所有允许的中断将可用所有允许的中断将 CPU 从此状态唤醒。从此状态唤醒。 0 CPU进入关闭模式进入关闭模式 1 CPU处于工作状态处于工作状态

21、Bit3 GIE 可屏蔽中断控制位。置位允许可屏蔽中断，复位禁止所有可屏蔽中断控制位。置位允许可屏蔽中断，复位禁止所有可可 屏蔽中断。该位由中断复位，屏蔽中断。该位由中断复位，RETI指令置位，也可以用指指令置位，也可以用指令令 改变。改变。 0 允许可屏蔽中断允许可屏蔽中断 1 禁止所有可屏蔽中断禁止所有可屏蔽中断Bit2 N 负标志，当运算结果为负时置位，否则为负标志，当运算结果为负时置位，否则为0。Bit1 Z 零标志，当运算结果为零标志，当运算结果为0时置位，否则为时置位，否则为0。Bit0 C 进位标志，当运算结果产生进位时置位，否则为进位标志，当运算结果产生进位时置位，否则为0。

22、4常数发生器常数发生器CG1和和CG2 R2和和R3为常数发生器，利用为常数发生器，利用 CPU的的27条内核指令配合常数条内核指令配合常数发生器可以生成一些简洁高效的模拟指令。发生器可以生成一些简洁高效的模拟指令。 表表2.3 CG12.3 CG1、CG2 CG2 产生常数值产生常数值寄存器寄存器As常数常数说明说明R200-寄存器模式寄存器模式R201(0)绝对寻址模式绝对寻址模式R21000004H+4位处理位处理R21100008H+8位处理位处理R30000000H0字处理字处理R30100001H+1R31000002H+2位处理位处理R3110FFFFH-1字处理字处理 5.通用

23、寄存器通用寄存器 R4到到R15为通用工作寄存器。具有暂存运算结果，执行算数逻辑运算为通用工作寄存器。具有暂存运算结果，执行算数逻辑运算等功能，是控制器访问最频繁的场所，可以进行字节、字操作，可作为地址等功能，是控制器访问最频繁的场所，可以进行字节、字操作，可作为地址指针或数据寄存器，使用通过寄存器可以大大提高程序的执行效率，当中断指针或数据寄存器，使用通过寄存器可以大大提高程序的执行效率，当中断发生时，需对其内容进行保护。发生时，需对其内容进行保护。2.3 系统复位和工作模式系统复位和工作模式2.3.1 系统复位和初始化系统复位和初始化1系统复位系统复位 MSP430系列单片机有两种复位方式

24、：系列单片机有两种复位方式： 上电复位上电复位POR（Power On Reset）；）； 上电清除上电清除PUC（Power Up Clear）。）。不同的信号可触发不同的复位方式，而系统初始化的状态取决于复位方不同的信号可触发不同的复位方式，而系统初始化的状态取决于复位方式。式。 图图 2.4 MSP4302.4 MSP430系统复位电路功能模块组成系统复位电路功能模块组成 触发触发PUC信号复位的信号条件中，除信号复位的信号条件中，除POR信号产生外，信号产生外，其它都可以通过读取相应的中断向量来判断是什么原因其它都可以通过读取相应的中断向量来判断是什么原因引发了复位。引发了复位。 2.

25、3.2 工作模式及功耗工作模式及功耗1工作模式工作模式低功耗模式低功耗模式图图 2.6 MSP430各个工作模式结构示意图各个工作模式结构示意图 表表2.7 2.7 各工作模式、各控制位及相应的时钟状态各工作模式、各控制位及相应的时钟状态工作模式工作模式控制位控制位CPU状态状态 振荡器及时钟状态振荡器及时钟状态AMSCG1=0SCG01=0OscOFF=0CPUOFF=0CPU、MCLK、SMCLK、ACLK均处于活动状态均处于活动状态LPM0SCG1=0SCG0=0OscOFF =0CPUOFF =1CPU、MCLK禁止，禁止，SMCLK、ACLK活动活动LPM1SCG1=0SCG0=1O

26、scOFF=0CPUOFF =1CPU禁止，如果禁止，如果DCO未用做未用做MCLK或或 SMCLK，直流发生器被，直流发生器被禁止，否则仍保持工作；禁止，否则仍保持工作；SMCLK、ACLK活动；活动；LPM2SCG1=1SCG0=0OscOFF=0CPUOFF =1CPU、MCLK、SMCLK、DCO禁止；禁止；如果如果DCO未用做未用做MCLK或或 SMCLK，则自动禁止；，则自动禁止；直流发生器保持工作；直流发生器保持工作；ACLK活动；活动；LPM3SCG1=1SCG0=1OscOFF=0CPUOFF =1CPU、MCLK、SMCLK、DCO禁止；禁止；直流发生器被禁止；直流发生器被

27、禁止；ACLK活动；活动；LPM4SCG1=1SCG0=1OscOFF=1CPUOFF =1CPU和所有的时钟被禁止和所有的时钟被禁止 2 2模式及功耗模式及功耗在各个模式下，在各个模式下，MSP430MSP430单片机功率消耗与工作模式、供电电压、振荡频率等单片机功率消耗与工作模式、供电电压、振荡频率等有关，图有关，图2.72.7给出了在给出了在1MHz1MHz振荡频率下，不同供电电压下各模式功耗情况。振荡频率下，不同供电电压下各模式功耗情况。图图2.7 MSP4302.7 MSP430各个工作模式下的耗电情况各个工作模式下的耗电情况 2.5 MSP430的基础时钟模块 MSP430基础时钟

28、模块与其低功耗相匹配，用户可以利用三种时钟信号，找到功能实现和低功耗的平衡。基础时钟模块无需外部器件，利用一个外部电阻、一个或两个外部晶振或者谐振器，在软件的配置控制下，为系统提供时钟信号。 三个时钟源：（1）LFXT1CLK：低频/高频振荡器。可外接32768Hz的时钟芯 片，或者450kHz 8MHz 的标准晶体或谐振器；（2）XT2CLK：高频振荡器。外接450kHz 8MHz 的标准晶体、 谐振器和外部时钟源。较常用的晶体振荡器是8MHZ；（3）DCOCLK：内部数控RC振荡器。 3个时钟信号输出：（1）ACLK: 辅助时钟信号。ACLK是从FLXT1CLK信号经1/2/4/8（BCS

29、CTL1 寄存器设置DIVA 相应位设置）分频后得到。ACLK可用于提供 CPU外围功能模块作时钟信号使用。（2）MCLK: 主时钟信号。MCLK的振荡源可由软件配置选择来自LFXT1CLK、 XT2CLK (部分型号有)或DCOCLK。MCLK经1/2/4/8分频（软件设置）后给CPU或系统提供时钟信号。（3）SMCLK: 子系统时钟信号。SMCLK的振荡源可由软件配置选择来自 LFXT1CLK、XT2CLK (部分型号有)或DCOCLK。SMCLK经1/2/4/8分频后 （软件设置）给各独立外设模块提供时钟信号。 当处理器发生PUC复位后，MCLK和SMCLK的振荡源来自DCOCLK（默认

30、值为800 kHz）； ACLK 振荡源来自LFXT1（处于低频模式）。 设置状态寄存器SR的SCG0，SCG1，OSCOFF和CPUOFF位，可以设置CPU的操作模式，使能或关断部分基础时钟模块。基础时钟模块可以在程序运行的任何时候用软件进行配置。 2.5.1 基础时钟各模块介绍为了优化低功耗配置： ACLK振荡源可以配置取自外部32.786KHz时钟晶振，给低功耗系统提供一个稳定时钟基准或作为备用操作模式； MCLK振荡源可以配置取自DCO，DCO能够在中断驱动事件被激活时立即响应； SMCLK振荡源可以配置取自外部晶振或DCO（取决于外设要求）。灵活的时钟配置和分频系统可以为系统提供精密

31、准确的时钟信号，满足用户不同需求。 2.5.1.1 LFXT1低频振荡器 2.5.1.2 XT2CLK高频振荡器 XT2Sx位选择XT2的操作范围。如果XT2CLK没有被用作MCLK或SMCLK的时钟源，则XT2OFF可禁止XT2振荡器；当XT2Sx11和XT2OFF0时，XT2可通过XT2IN管脚接外部时钟信号，但外部频率必须满足XT2的参数要求。当输入频率低于最低值时，XT2OFF要置位以禁止CPU采用XT2CLK时钟。 MSP430外接高频振荡器XT2的频率为450kHz8MHz。 2.5.1.3 数字控制振荡器DCO 2.5.2 时钟模块的寄存器 配置DCO void main(voi

32、d) WDTCTL = WDTPW +WDTHOLD; / Stop Watchdog Timer DCOCTL = DCO0 + DCO1 + DCO2; / Max DCO BCSCTL1 = RSEL0 + RSEL1 + RSEL2; / XT2on, max RSEL BCSCTL2 |= SELS; / SMCLK = XT2 P5DIR |= 0 x70; / P5.6,5,4 outputs P5SEL |= 0 x70; / P5.6,5,5 options while(1) 实测DCO最低128K，最高4.58M。 2.5.3 时钟应用举例 课堂作业 设置MCLK=XT2,SMCLK=DCOCLK,将MCLK由P5.4输出 设置A