MSP430系列单片机介绍

1、超低功耗微控制器超低功耗微控制器MSP430Texas Instruments 超低功耗微控制器超低功耗微控制器F40 xx31xLCD92x32xLCD84ADC14x33xLCD120Timer_AUSARTMPYROM/OTP2.5-5 VLCD DriverFLLTimer/PortBasic Timer8-bit T/CFlash1.8-3.6 VBasic ClockTimer_AFlash1.8-3.6 VLCD Driver.1996199920002002MSP430 发展历程发展历程2001x11x1Comp_AX12xUSARTF13xTimer_BADC12USARTC

2、omp_AF14xTimer_BADC122 USARTMPYComp_AF41xF42xF43X/F44X性能性能MSP430 为工业级为工业级 16 bit RISC MCU.-40 - 85 CMSP430 编程方便，开发工具廉价编程方便，开发工具廉价ADD MEM1,MEM2 ;MEM2=MEM1+MEME2The MSP430 runs with a watch crystal at up to 8MHz internal clock!MSP430：全新的微控制器全新的微控制器MSP430 的能效极高的能效极高. I/O 和和 CPU 运行是能用不同的时钟运行是能用不同的时钟CPU

3、功耗的开关通过状态寄存器的功耗的开关通过状态寄存器的控制位实现控制位实现MSP430 的功耗极低的功耗极低.执行时为执行时为 160uA 1.8V (Flash)备用时为备用时为 0.1uA (Flash)MSP430 极大地延长了电池寿命极大地延长了电池寿命超低功耗超低功耗 1.8 V . 3.6 V 供电电压范围供电电压范围 200 A 1MHz, 2.2V，活动模式活动模式 0.7 A 备用模式备用模式 0.1 A 保持保持 RAM 数据数据 6 s 从备用模式唤醒从备用模式唤醒强大的强大的 CPU 内核内核 16-Bit RISC 结构结构 125 ns 指令周期指令周期 8 MHz灵

4、活多样的外围模块灵活多样的外围模块 10/12-bit A/D (8 + 4 通道通道, 转换转换10 s) 16-bit Timer_A with 3 C/C 寄存器寄存器 16-bit Timer_B with 7 C/C 寄存器寄存器 1- 2 个个 USART接口接口 硬件乘法器硬件乘法器 模拟信号比较器模拟信号比较器 基本时钟模块基本时钟模块- 由由可编程内部电阻控制频率可编程内部电阻控制频率- 由由单一外部电阻控制频率单一外部电阻控制频率- 32 kHz 晶振产生低频晶振产生低频- 高频晶振产生高频高频晶振产生高频- 可选择外部时钟源可选择外部时钟源MSP430F1xx： FLAS

5、H 系列特性系列特性FLASH 型型超低功耗超低功耗 Flash 内核内核100,000 次写次写/擦周期擦周期程序存储器分段：程序存储器分段：512B信息存储器分段：信息存储器分段：128B 可以分段擦除或整体擦除可以分段擦除或整体擦除编程和擦除电压由内部产编程和擦除电压由内部产生生有代码读出保护有代码读出保护MSP430 FLASH 系列系列 型号型号 FLASHA/D Timers USART MPY I/OMSP430F1101 1 KB Slope A3 - - 14MSP430F1121 4 KB Slope A3 - - 14MSP430F133 8KB 12-bit A3 +

6、B3 1 - 48MSF430F135 16KB 12-bit A3 + B3 1 - 48MSP430F147 32KB 12-bit A3 + B7 2 v 48MSP430F148 48KB 12-bit A3 + B7 2 v 48MSP430F149 60KB 12-bit A3 + B7 2 v 48超低功耗的实现：超低功耗的实现：快速起动和省电模式快速起动和省电模式* 16bit CPU* 突发式模式切换突发式模式切换* 电流消耗小电流消耗小* 唤醒快唤醒快 (6 s) 其他其他 MCU MSP430* 4/ 8bit CPU* 电流消耗大电流消耗大* 唤醒慢唤醒慢IttI例：例

7、：LPM3, 备用模式备用模式 (MSP430C31x)32768Hz 振荡器活动振荡器活动。基于基于 Basic Timer1 的实时钟活动的实时钟活动。LCD 驱动有效。驱动有效。40050 5061.3 0.1050100150200250300350400450Active ModeVcc = 3V1 sec cycle timeIcc / ALPM0LPM1LPM2LPM3LPM4IAvrgIAvrg* 16bit CPU* 突发式模式切换突发式模式切换* 电流消耗小电流消耗小* 唤醒快唤醒快 (6 s) 其它其它 MCU MSP430* 4/ 8bit CPU* 电流消耗大电流消耗

8、大* 唤醒慢唤醒慢IttI例：例：LPM3, 备用模式备用模式振荡器振荡器 32768Hz 活动活动,Timer_A 有效有效,经经 LCD 模块驱动模块驱动 LCD 20032 32110.7 0.1050100150200250300350400450Active ModeVcc = 2.2V1 sec cycle timeIcc / ALPM0LPM1LPM2LPM3LPM4IAvrgIAvrg1-2 mA200uA超低功耗的实现：超低功耗的实现：FLASH 型型FLL FLL 时钟系统（时钟系统（3 3x x）低功耗低功耗 32.768 kHz 晶振晶振ACLK辅助时钟辅助时钟PUCF

9、LLfMCLK = ( N + 1 ) * fACLKMCLK主系统时钟主系统时钟(fSystem)32.768 kHzcrystalXINXOUT 只用一个晶振，无其它外部元件只用一个晶振，无其它外部元件 处理机时钟频率稳定，抗干扰性能好处理机时钟频率稳定，抗干扰性能好 时钟可关闭，可时钟可关闭，可快速启动快速启动 电路功耗低电路功耗低FLASHFLASH 型的型的时钟系统（时钟系统（F11xF11x，F11x1F11x1）1 个晶振个晶振, 1 个个DCO, 适应不同频率需要适应不同频率需要FLASHFLASH 型的型的时钟系统（时钟系统（F13xF13x，F14xF14x）2 个晶振个晶

10、振, 1 个个DCO, 适应不同频率需要适应不同频率需要速度比较速度比较: 32 kHz 时的运算快于时的运算快于 20 MHz 典型的典型的 8bit 单片机单片机20MHz 晶振晶振内部内部 4 分频分频主时钟：主时钟：5MHz = 200ns5 机器周期机器周期 / 指令指令1000ns 指令周期，指令周期，8 位操作位操作 MSP430 32kHz 晶振晶振 DCO 作为主时钟发生器作为主时钟发生器 主时钟：主时钟：4 MHz = 250ns 1 机器周期机器周期 / 指令指令 250ns 指令周期，指令周期，16 位操作位操作MSP430 x33x框图框图P3.0P3.7VCC2 V

11、SS1RST/NMIMAB, 16bitCom0.3S0.28/O2.28S29/O29/CMPITMSTCKTDITDOXINXOutXBufOscillatorSystem ClockACLKMCLKFLLincl. 16 reg.CPUURX24kB ROM1024BSRAMWatchdogTimerI/O PortLCDBasicTimer1MAB,4bitMDB,8bitMCB15bit30 Segment1,2,3,4 MuxPower-on-ResetRAMLinesfLCDR03 R2332kBEPROMUSARTBusconv.P4.7I/O Port1x8 dig. I/O

12、sP2.xP1.xI/O Port2x8 I/Osall withinterr. cap.R13R33P0.0P0.7I/O Port8 I/Os, all with3 Int. Vectorsinterr. cap.88TP.0 . 5CIN6ADCTimer,O/PTimer/PortAppl.s:UTXUCK8bitTimer/CounterRXDTXDUARTTimerA16bitPWMTimerATACLKTA0.0.5RXD, TXDMPYMPYSMAC16x16bit8x8bitMDB, 16bit2 Int. Vectors1x8 dig. I/OsSTESIMOSOMICMP

13、IUART orSPIfunctionP4.0VSS2 VSS3VCC1TestJTAG32kB ROMMSP430 x32x框图框图C: PromP: OTPSRAMCPUincl. 16 reg.Busconv.ADCWDTI/O Port8b Timer/B. TimerMAB, 16bitMDB, 16bitMAB,4bitMDB,8bitOscillatorSystem ClockACLKMCLKMCBTestJTAG12+2bit5 ChannelsCurrent S.FLL15bitCounter8 I/OsSerial ProtocolSupport3 Int. Vectors

14、PORTMSTCKTDITDOfLCDTXDRXDXINXOutP0.0P0.7VCCVSSRST/NMISVCCRIA0.5Timer/PortTP.0TP.5CINR03LCD1, 2, 3, 4 Mux84 SegmenteCom0.3Seg 0.19Seg 20/CMPI.TP.4XBufR23R33R13E: EProm8kB ROM256B RAM16kB EPROM512B RAM16kB ROM512B RAMCMPIMSP430 x31x框图框图P0.0P0.7VCCVSSRST/NMIMAB, 16bitMDB, 16bitCom0.3Seg 0.18,22,23,26Se

15、g 27/CMPITMSTCKTDITDOXINXOutXBufOscillatorSystem ClockACLKMCLKTestJTAGFLLincl. 16 reg.CPUTP.0 . 5CINR13R234kB ROMC: PromE: EProm256BSRAMWDTI/O PortLCD8b Timer/B. TimerMAB,4bitMDB,8bitMCB15bitCounter1, 2, 3, 4 MuxSerial ProtocolSupportPORRAM92 SegmentefLCDTXDRXD68kB ROMA/D Conv.Timer, O/PTimer/PortAp

16、plications:Busconv.8 I/Os, all with3 Int. Vectorsinterr. capabilityP: OTPCMPIP1.0/TACLKP1.7/TA2VCCVSSRST/NMITEST/ VPPTest / JTAGCPUincluding 16register2/4kB ROMC: ROM128/256BSRAMMAB,4bitMDB,8bitMCBPower-OnRAMBusconv.ResetI/O Port 1Timer_A3 CC Register:4kB MTPF: MTP8 I/Os, all withinterr. capabilityX

17、INXOutOscillatorSystem ClockACLKMCLK SMCLKRoscACLKSMCLKWatchdog/15 / 16 bitTimerACLKDCORP2.0/ACLKP2.5/RoscOutxOut0CCI0BTACLKSMCLKTACLKorJTAGCCIxBCCIxACCR0/1/2INCLKINCLKOutxCCIxAMDB, 16bitMAB, 16bitComp.CCI1BP2.1/INCLKP2.2/CAOUTP2.3/CA0P2.4/CA1+-P2.3P2.4I/O Port 28 I/Os, all withinterr. capabilityMSP

18、430 x11x框图框图PWM 和和 UART12 位斜坡位斜坡 ADC14 中断源中断源4K + 256 flash多模式时钟多模式时钟64 pin QFPMSP430F13x框图框图P3P4DVCC DVSSRST/NMIMAB, 16bitMDB, 16bitTEST/VPPTestJTAGincl. 16 reg.CPUFlash 8 KB16 KBRAM256 B512 BMAB,4bitMDB,8bitMCBPowerBusconv.onResetUSARTI/O Port 3/4 Timer_B33 CC RegisterXIN1 XOut1Oscillator System C

19、lockACLKMCLKSMCLKI/O Port 1/2P1P2RoscACLKSMCLKWatchdog15 / 16 bitTimer12 bit ADC8 channels10us conv.ComparatorA16 I/Oswithinterr. capabilityTimer_A33 CC RegisterI/O Port 5 P5Shadow Reg.AVCC AVSSXIN2XOut2BreakpointLogic16 I/Oswithinterr. capability8 I/Oswithinterr. capability8A0.764 pin QFPMSP430F14x

20、框图框图P3P4DVCC DVSSRST/NMITEST/VPPTestJTAGincl. 16 reg.CPUFlash 32 KB48 KB60 KBRAM1 KB2 KB2 KBMAB,4bitMDB,8bitMCBPowerBusconv.onResetI/O Port 3/4 Timer_B77 CC RegisterCOMM portXIN1 XOut1Oscillator System ClockACLKMCLKSMCLKI/O Port 1/2P1P2RoscACLKSMCLKWatchdog15 / 16 bitTimer12 bit ADC8 channels10us co

21、nv.ComparatorATimer_A33 CC RegisterI/O Port 5 P5Shadow Reg.AVCC AVSSXIN2XOut2USARTsBreakpointLogicTwoHardwareMPYMAB, 16bitMDB, 16bit16 I/Oswithinterr. capability16 I/Oswithinterr. capability8 I/Oswithinterr. capability8A0.7MSP43041X框图框图MSP430F43X/44X框图框图MSP430的空间的空间128-2K1K-60KSegment 0中断向量中断向量Segme

22、nt 1Segment 2Segment 3Segment ASegment BFFFFhFE00hFC00hFA00hF800h1100h1080h1000h主存储器按主存储器按 512 byte 分段分段信息存储器按信息存储器按 128 byte 分段分段各分段可单独擦除或同时擦除各分段可单独擦除或同时擦除Up to 60KbyteMSP430的空间：的空间：FLASH 型的型的 FLASH 存储器存储器FLASH 存储器：存储器：写入和读出写入和读出Flash 存储器以正常的寻址方式读出存储器以正常的寻址方式读出Flash 存储器可以在程序控制下写入（存储器可以在程序控制下写入（Vcc

23、需高于需高于 2.7V）自举程序可在写保护后对自举程序可在写保护后对 Flash 存储器擦除、写入存储器擦除、写入（由（由用户定义口令作保护）用户定义口令作保护） FLASH BusyWrite flash memoryFLASH BusySet write mode中断：中断：向量表向量表（3x, 11x, 11x1）中断：中断：向量表向量表（13x,14x）寻址方式和指令寻址方式和指令MSP430的寄存器的寄存器MSP430的寻址方式的寻址方式 MSP430 指令：指令： 27条条 （RISC指令）指令） 采用模拟指令后为采用模拟指令后为 51条条片上外围模块：片上外围模块：I/O，LCD

24、驱动驱动I/O 端口端口 P0、P1、P2：各位方向可选，可产生中断，触发沿可选各位方向可选，可产生中断，触发沿可选 P3、P4： 各位方向可选，引脚复用各位方向可选，引脚复用 P5、P6： 各位方向可选，引脚复用各位方向可选，引脚复用（33x：P0-P4 11x：P1,P20-25 13x、14x：P1-P6）LCD 驱动驱动 LCD 段：段：21x4 - 30 x4 空闲空闲 LCD 引脚用作输出引脚用作输出 （3x系列、系列、4x系列）系列） 片上外围模块：片上外围模块：硬件乘法器硬件乘法器 乘法乘法 无符号乘无符号乘 有符号乘有符号乘 无符号乘加无符号乘加 （以第一操作数地址来区别）（

25、以第一操作数地址来区别） 精度精度 8位位 X 8位位 8位位 X 16位位 16位位 X 8位位 16位位 X 16位位 速度速度 写入操作数后，立即可读乘积写入操作数后，立即可读乘积 当用间接寻址访问时，需等待一条指令当用间接寻址访问时，需等待一条指令片上外围模块：片上外围模块：定时器，比较器定时器，比较器BASIC Timer12x8 位或位或 16 位计数器，做实时钟、位计数器，做实时钟、LCD 帧频时钟帧频时钟定时器定时器/端口端口2x8 位或位或 16 位计数器，与比较器及位计数器，与比较器及 TP 端配合实现斜坡端配合实现斜坡 A/D 定时器定时器/计数器计数器8 位计数器，可预

26、置定时值，可实现软件位计数器，可预置定时值，可实现软件 UARTPWM定时器定时器8 位计数器，可产生低精度位计数器，可产生低精度 D/A看门狗定时器看门狗定时器看门狗功能，或看门狗功能，或 16 位定时器功能位定时器功能Timer_A16 位，带比较器位，带比较器/捕捉器，可实现捕捉器，可实现 UART、PWM、斜坡斜坡 A/DTimer_B16 位，带比较器位，带比较器/捕捉器，可实现捕捉器，可实现 UART、PWM、斜坡斜坡 A/D Compare_A模拟信号比较器，监视外部模拟电压模拟信号比较器，监视外部模拟电压片上外围模块片上外围模块：TIMER_A，TIMER_BTIMER_B片上

27、外围模块片上外围模块：USART异步通信异步通信波特率产生波特率产生时钟频率、波特率选择，波特率调整寄存器时钟频率、波特率选择，波特率调整寄存器 例：例：bit=13.67T，UMCTL=01101011，T：14, 14, 13, 14, 13, 14, 14, 13帧格式帧格式ST(0) | DATA(7-8bit) | AD | PA | SP(1) | SP(1)多机模式多机模式线路空闲多处理机模式：地址帧线路空闲多处理机模式：地址帧 10位以上位以上 “1” 后首帧后首帧地址位帧多处理机模式：地址帧（地址位帧多处理机模式：地址帧（AD=1）同步通信同步通信同步时钟同步时钟由主机发送，

28、不必利用波特率调整技术由主机发送，不必利用波特率调整技术数据传输数据传输主机的发送和接收同时进行主机的发送和接收同时进行 方式：方式：主机发送数据，主机发送数据， 从机发送伪数据从机发送伪数据主机发送数据，主机发送数据， 从机发送数据从机发送数据主机发送伪数据，主机发送伪数据， 从机发送数据从机发送数据片上外围模块片上外围模块：A/D 12 + 2 bit（32x）输入通道输入通道 A0 - A7参考电压参考电压 内置或外置内置或外置转换方式转换方式 选择电压范围选择电压范围(2 位位)：电阻网络：电阻网络 逐位比较逐位比较(12 位位)：开关电容阵列：开关电容阵列转换精度转换精度 12 +2

29、 位，位， 12 位（预先设定转换电压范围）位（预先设定转换电压范围）转换时间转换时间 12+2 位位:132ADCLK，12 位位:96ADCLK ADCLK = (1 - 1/4)MCLK 时钟速率的影响时钟速率的影响 高：转换未完成，高：转换未完成， 低：电容阵列放电低：电容阵列放电恒流模式恒流模式 A0 - A3 可作为电流源以输出电流驱动传感元件（如热敏电阻等）可作为电流源以输出电流驱动传感元件（如热敏电阻等）片上外围模块片上外围模块：A/D 12 bit（13x，14x）自动扫描桶型缓存自动扫描桶型缓存采样采样/转换控制转换控制片内参考电压源片内参考电压源片内温度传感器片内温度传感

30、器可编程参考源选择可编程参考源选择P1OUT.0P1.0C1R1Vin =1024利用比较器构成利用比较器构成 10 bit A/DMSP430CA1VinVcc xnCA0CAOUT+ 1 LSBVCCP2.0/DAC( Not To Scale! )Vin VoutVinVCC/4P1OUT.1P1OUT.2P1OUT.0P1DIR.0P1.1P1.2P1.0C1R1VrefVref/2chargeTvinchargeTvrefVin chargeTvbVin =TVcc-Tvb e 利用比较器构成斜坡利用比较器构成斜坡 12 bit A/DMSP430CA1P1OUT.3P1.3VinV

31、refRRln(0.5) x Tvin-TvrefVrefVbVthCA0CAOUTF11x 应用实例应用实例TIMER_B + ADC应用应用: 3 相相 H-桥电路驱动桥电路驱动U0T1T2T3T4T6T5ACRCcellFeedbackgainShuntresistorOver currentprotectionActive TimeMSP430F14XTB5TB4TB3TB2TB1TB0A06-Channel PWM + Dead BandA1A2Drive VoltageTemperature例程简介例程简介Key.s43键盘扫描的程序编写键盘扫描的程序编写Key.c使用使用P1口中断方式的扫描键盘口中断方式的扫描键盘C程序编写程序编写Dis6.s43六只数码管扫描的汇编六只数码管扫描的汇编Display.c六只数码管扫描的六只数码管扫描的C程序程序Ke