MSP430 单片机中文开发手册，对于初学者很有帮助，对于开发者也可以查询
第一章MSP430单片机概述 MSP430系列单片机是关国德州仪器(T)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理 器( Mixed Signal Pocessor)。称之为混合信号处理器,主要是由于其针对实际应用需求,把许多模拟电路、 数字电路和微处理器集成在一个芯片上,以提供“单片”解决方案。 1.1MSP430系列单片机的特点 虽然MSP430系列单片机推出时间不是很长,但由于其卓越的性能,在短短几年时间里发展极为迅速 应用也日趋广泛。MSP430系刎单片机针对各种不同应用,包括一系列不同型号的器件。主要特点有: 1.超低功耗 MSP430系列单片机的电源电压米用1.8~3.6∨低电压,RAM数据保持方式下耗电仅0.1uA,活动模 式耗电250pA/ MIPS(MIPS:每秒百万条指令数),1O输入端口的漏电流最人仅50nA。 MSP430系列单片机有独特的时钟系统设计,包括两个不同的时钟系统:基本时钟系统和锁频环(FL 和FLL+)时钟系统或Dc○数字振荡器时钟系统。由时钟系统产生CPU和各功能模块所需的时钟,并且这 些时钟可以在指令的控制下打开或关闭,从而实现对总体功耗的搾制。由于系统运行时使用的功能模块不 同,即采用不同的工作模式,芯片的功耗有明显的差异。在系统中共有种活动模式(AM和5种低功耗模式 (LPMo~LPM4)。 另外,MSP430系列单片机采用矢量中断,支持十多个中断源,并可以任意嵌套。用中断请求将CPU 唤醒只要6υs,通过合理编程,既以降低系统功耗,又可以对外部事件请求作岀快速响应 在这里.需要对低功耗问题作一些说明 首先,对一个处理器而言,活动模式时的功耗必须与其性能一起来考察、衡量,忽略性能来看功耗是 片面的。在计算机体系结构中,是用W/MIPS(瓦特/百万指令每秒)来衡量处理器的功耗与性能关系的 这种标称方法是合理的。MSP430系列单片机在活动模式时耗电250uA/MPS,这个指标是很高的(传统 的Mcs51单片机约为10~20mA/MIPS)。其次,作为一个应用系统,功耗是整个系统的功耗,而不 仅仅是处理器的功耗。比如,在一个有多个输入信号的应用系统中,处理器输入端口的漏电流对系统的耗 电影响就较人了。MSP430单片机输入端口的漏电流最人为50nA,远低于其他系列单片机(一般为卜10uA)。 另外,处理器的功耗还要看亡内部功能模块是否可以关闭.以及模块活动情况下的耗电.比如低电压 监测电路的耗电等。还要注意,有些单片机的某些参数指标中.虽然典型值可能很小,但最大值和典型值 MsP430系列单片机堪称目前世界上功耗最低的单片机,其应用系统可以做到用·枚电池使用10年。 2.强大的处理能力 MSP430系列单片机是16位单片机,采用了日前流行的、蜘受学术界好评的精简指令集(RlSC)结构, 个时钟周期可以执行一条指令(传统的MCS51单片机要12个时钟周期才可以执行一条指令),仗 MSP430在⑧MHz晶振工作时,指令速度叫达8MIPS(注意:同样8MIPS的指令速度,在运算性能上16 位处理器比8位处理器高远不止两倍)。不久还将推出25~30MPS的产品。 同时,MSP430系列单片机中的某些型号,采用了一股只有DsP中才有的16位多功能硬件乘法器、 硬件乘,加(积之和)功能、DMA等一系列先进的体系结构,大大增强」它的数据处理和运算能力,可以有 效地实现一些数字信号处理的算法(如FFT、DTMF等)。这种结构在其他系列单片机中尚未使用。 3 3.高性能模拟技术及丰富的片上外围模块 MSP430系列单片机结合T的高性能模拟技术,各成员都集成了较丰富的片内外设。视型号不同可 能组合有以下功能模块:看门狗(WDT,模拟比较器A,定吋器A( Timer A),定吋器B( Timer b),串∏0、 1( USART0、1),使件乘法器,液晶驱动器,10位,12,14位ADC,12位DAC,1C总线,直接数据存 取(DMA),端口1-6(P1-P6),基本定时器( Basic Timer)等 其中,看门狗可以在程序失控吋迅速复位:模拟比较器进行模拟电压的比较,配合定吋器,可设计出 高精度(10~11位)的AD转换器:16位定时器( TimeTa和 Timer)具有捕获,比较功能;大量的捕获,比 较寄存器,可用于事件计数、时序发生、PWM等;多功能串口( USART)可实现异步、同步和1C串行通 信,可方使地实现多机通信等应用;具有较多的O端口,最多达6杋8条MO口线,IO输岀时,不管是灌 电流还是拉电流,每个端口的输岀晶体管都能够限制输出电流(最人约25mA),保证系统安仝:Pl、P2端 口能够接收外邙上升沿或下降沿的中新输入;12位AD转换器有较髙的转换速率,最髙可达200Kb/s 能够满足大多数数据釆集应用:LCD驱动模块能直接驱动液晶多达160段;F15和F16系列有两路12 位高速DAC,可以实现直接数字波形合成等功能:硬件1c串行总线接口可以扩展1C接口器件:DMA 功能可以提高数据传输速度,派轻CPU的负荷。 MSP430系列单片机的丰富片内外设,在目前所有单片机系列产品中是非常突出的,为系统的单片解 决方案提供了极大的方便 4.系统工作稳定 上电复位后,首先由 DCO CLK启动CPU,以保证程序从正确的位置开始执行,保证晶体振荡器有 足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果品休振 荡器在用做CPU时钟MCLK时发生故障,DCO会自动启动,以俣证系统正常工作。这种结构和运行机制, 在目前各系列单片机屮是绝无仅有的。另外,MSP430系列单片机均为工业级器件,运行环境温度为 40~+85"C,运行稳定、可靠性高,所设训的产品适用于各种民用和工业环境。 5.方便高效的开发环境 目前MsF430系列有OTF型、 FLASH型和ROM型3种类型的器件,国内大量使用的是 FLASH型。这 些器件的开发手段不同,对于○TF,型和ROM型的器件是使用专用仿真器开发成功之后再烧写或掩膜芯 片。对于 FLASH型则有十分方便的开发调试环境.因为器件片内有JTAG调试接口,还有可电擦写的 凡LASH存储器,囚此采用先通过JTAG接口下载程序到 FLASH内,再由JTAG接口控制程序运行、读 取片内CPU状态,以及存储器内容等信息供设计者调试,整个开发(编译、调试)都可以在同一个软件集成 环境中进行。这种方式只需要·台PC机和·个JTAG调试器,而不需要专用仿頁器和编程器。开发语言 有汇编语言和C语言。日前较好的软件开发工具是 AR WORKBENCH V3.10。这种以 FLASH技术、JTAG 调试、集成开发环境结合的开发方式,具有方便、廉价、实用等优点,在单片机开发屮还较为少见。其他 系列单片机的川发般均需要专用的仿真器或编程器。另外,2001年Ⅱ公司又公布了 BOOTSTRAP技 术,利用它可在保密熔丝烧断以后,只要几根硬件连线,通过软件口令字(熔码),就可更改并运行内部的 程序,这为系统固件的升级提供了又一方便的手段。 BOOTSTRAP具有很高的保密性,口令字可达32个 字节长度。 1.2MSP430系列单片机的发展和应用 T公司从1996年推出MSP430系列开始到2000年初,推出了33X32X、3等几个系列。MSP430 的33X、32X、31X等系列具有LCD驱动模块,对提高系统的集成度较有利。每个系刎有ROM型(c)、OTP 型(門P)和 EPROM型(E)等芯片。 EPROM型的价格昂贵,运行环境混度范围窄,主要用于样机开发。这也 表明了这几个系列的开发模式,即用户可以用 EPROM型开发样机,用OTP型进行小批量生产,而ROM 型适应大批量生产的产品。MSP430的3XX系列,在国内几乎没有使用。随着 FLASH技术的迅速发展, T公司也将这一技术引入MsP430系列单片机中。2000年推出了F11×/11x1系列,这个系列采用20 脚封装,内存容量、片上功能和MO引脚数比较少,但是价格比较低廉。在2000年7月推出了带ADC或 硬件乘法器的F13x、F14x系列。在2001年7月到2002年又相继推出∫带LCD控制器的F4κ、F43 F44x。T在2003到2004年期间推出了F15X和F16X系列产品。在这一新的系列中,有了两个方面的发 展。一是增加了RAM的容量,如F1611的RAM容量增加到了10KB,这样就可以引入实时操作系统(RTOS) 或简单文件系统等。二是从外围模块来说,増加了PC、DMA、DAC12和SVS等模块。近两年,T公司 针对某些特殊应用领域,利用MsP430的超低功耗特性,还推出了些专用单片机,如专门月于电量计量的 MSP430FE42x,用于水衣、气衣、热表等具有无磁传感模块的MsP430FW42x,以及用于人体医学监护(血 糖、血压、脉搏等)的MSP430FG42X单片机。用这些单片机来设计相应的专用产品,不仅具有MSP430 的超低功耗特性,还能大大简化系统设计。根据T在MsP430系列单片机上的发展计划.在今后将陆续 推出性能更高、功能更强的F5XⅩ系列,这¨系列单片机运行速度可达25-30MPS,并具有更大的 FLASH(128KB)及更丰富的外设接|SP(CAN、USB等) MSP430系列单片机不仅可以应用于许多传统的单片机应用领域,如仪器仪表、自动控制以及消费品 领域,更适合用」一些电池供电的低功耗产品,如能量表(水表、电表、气表等)、手持式设备、智能传慼 器等,以及需要较高运算性能的智能仪器设各 第二章MSP430F169单片机简介 2.1特点 ■工作电压范围:1.8~36V 超低功耗: 活动模式:330uA,@1MHz,2.2V 待机模式:1.1uA 关闭模式(RAM保持):02uA 5种省电模式 ■从等待方式唤醒时间:6us ■16位RSC结构,125ns指令周期 内置三通道DMA ■12位A/D带采样保持内部参考源 ■双12位D/A同步转换。 ■16位定时器 Timer a。 ■16位定时器 Timer b ■片内比较器A 串行通信 USARTO(UART、SP、12C)接口 串行通信 USART(UART、SP|)接口 ■具有可编程电平检测的供电电压管理器,监视器 欠电压检测器 ■ Bootstrap loader 串行在线编程,无需外部编程电压,可编程的保密熔丝代码保护 22器件系列 ■MsP430F167:32KB+256 B flash存储器1 KB RAM ■MSP430F168:48KB+256 B flash存储器2 KB RAM ■MSP430F169:60KB+256 B flash存储器2 KB RAM ■MsP430F1610:32KB+256 B flash存储器5 KB RAM ■MsP430F1611:48KB+256 Flash存储器10 KBRAM MsP430F1612:55KB+256 B flash存储器5 KB RAM 23封装和引脚图 MsP430F167,MSP430F168,MSP430F169 PM PACKAGE (TOP VIEW) Oc Os0on ○e4636261605958575655545352515049 DVcC 48 P5.4/MCLK P63A32 47[P53CLK1 P64A4凵3 46P52/SOM1 P65/A5 45[P51/sMo1 P6.6/A6DACO[5 44[P50STE1 P6.7/A7/DAC1/SVSIN 6 43[ P4.7/TBCLK vREF+口7 42P4.6/96 XIN 41[P45/TB5 XOUT口9 40囗P44/TB4 PREF+H 10 39P43TB3 REF-/eREF 38[P42/TB2 P1.0/TACLK[12 37P41TB1 P1.1TA013 36囗P40TB0 P12/A1u14 35 P3.7/URXD1 P13TA215 34 P3.6/UTXD1 P1.4/SMCLK16 33 P3.5/URXDO 17181g20212223242526272829303132 ■■■■■■■■■■■m a 00820 MsP430F1610,MSP430F1611,MSP430F1612 PM PACKAGE TOP VIEW) ○64636261605958575655545352515049 DVcc 48 P5.4/MCLK P6.3/ 470 P5. 3/UCLK1 P64A口3 46 P5.2/SOMI1 P65/A54 5 P5. 1/SIM01 P6.6/A6/ DACO[5 44口P50TE1 P6.7/A7/DAC1/SVSIN [6 43囗P47 TBCLK P4.6/TB6 XIN[ 8 41凵P45/TB5 XoUT[g 40P44/B4 10 39P43/TB3 VREF-/VeREF- 11 38P42/B2 P10 TACLK囗12 37P41/B1 卩11/IAO P4.0/TB0 P12TA114 35囗P37URXD1 1.3/TA2凵15 P3. 6/UTXD1 P1.4/SMCL 1781920212223242526272829303132P35儿URXD0 n■m 8是a88 8 2.4结构原理框图 入 N XCUT DVCC DVss AVCc AVss Rosci oscllator H Ac: LK 6OKB Flash 2KB RAM ADC12 DAC12 ort 12L:O Fort 3/ LO PotE/ Clock h sMCLK 48KB Flash[ 2KB Channels 2 Channels 32KD Flash 1KB RAM<10us Conv Voltage out Capability MAB, 13 Bi JTAG MCB FgK- MDB, 10-Bit MDB. 3 Bil ardware DMA watchdog Comparator MPY. MPYS 7 CC Reg 3 CC Reg LART Mcdd jUART Mc MAC MACS 3 Channele 15: 16 Bit Shadow MSP430F15X和MSP430F16X系列单片机特性和结构极为相似,都是在MSP430F14X 基础上增加了DMA控制器、1C模块、DAC转换模块。MSP430F15X和MSP430F16×的结构差别在于: MSP430F15X片内只有一个 USART模块,没有硬件乘法器;而MSP430F16X片内具有硬件乘法器和两 个 USART模块。 2.5管脚定义 引脚 名称 序号 O说明 AVcC 64 模拟电源正端,只为ADC和DAC的模拟部分供电 AVss 62 模拟电源负端,只为ADC和DAC的模拟部分供电 DVcc 数字电源正端,为所有数字部分供电 DVss 63 数字电源负端,为所有数字部分供电 P1.0/TACLK 12 O通用数子O引脚;定时器A时钟信号 TACLK输入 P1.1/TA0 1310進用数字WO引脚;定时器A捕获CC|OA输入: 比较OUT输出;BSL发送 P1.2/TAI 14 O|用数字O引脚定时器A捕获c!A输入 比较OUT输出 P1.3/TA2 通用数字O引脚;定时器A捕获CC|A输入 15 O 比较0UT2输出 P1.4/SMCLK 16 O通用数字WO引脚即; SMCLK信号输出 P1.5/TA0 1710通用数字O引却;定时器A比较OUT0输出 P1.6/TAI 18 O通用数字1O引却;定时器A比较OUT1输出 P1.7/TA2 19 O通用数字o引脚;比较器A比较OUT2输出 P2, 0/ACLK 20o通用数字O引脚:ACLK输出 P2.1/TAINCLK 2M0通用数字Vo引脚:定时器A的NCLK的时钟信号 P2,2/CAOUT/TAO 22 O通用数字O引脚;定时器A捕获CCOB输入 比较器输出 P2. 3/CAO/TAI 23O迸用数字O引脚;定时器A比较OUT输出; 比较器A输入 通用数字∥O引却;定时器A比较OUT2输出 P2 4/CAT/TA2 240比较器A输入 P2. 5/Rosc 250通用数字10引脚;定义DCO标称频率的外部电阻输入 通用数字MO引脚;转换时钟ADC12 P2 6/ADCI2CLK/DMAEO 26 vO DMA通道0外部触发器 P2.7/TA0 270通用数字WO引脚;定时器A比较oUTO输出 P3O/STEO 28O通用数字O引即; USARTO/S門模式从设备传输使能端 P3./SIMOO/DSDA 29O進用数字WO引脚 USARTO/SP模式的从入/主出;P2C数据 P3.2/SOMIO O通用数字1O引脚; USARTO/SPI模式的从出;主入 迸用数字MO引却 P3. 3/UCLKO/SCL 31 yO USARTO/S門模式的外部吋钟输入;PC时钟输出 P3, 4/UTXDO 320通用数字O引却; USARTO/SP模式的传输数据输出 P3.5/URXDO 33 O通用数字O引即却; USARTO/SPI模式的接收数据输入 P36 34 O通用数字O引脚; USART/UART模式接收数据输入 P3.7 35 O通用数字O引脚; USART1/ART模式发送数据输出 P4.0/TB0 361/0進用数字WO引脚 捕获DP或者PWM输出端口;定时器B7CCRO P4.1/TB. 370通用数字O引脚 捕获WP或者PWM输出端∏;定吋器B7CCR P4.2/TB2 通用数字O引脚; 38 O 捕获WP或者PWM输出端口;定时器B7CCR2 P4.3/TB3 391°抽获护或者PWM出端口:定时器B7CcR3 P4.4/TB4 400進用数字∥o引即; 捕获WP或者PWM输出端口;定时器B7CCR4 P4.5/TB5 4110通用数字∥O引围却 捕获∥P或者PWM输出端口;定时器B7CCR5 通用数字WO引却; P4.6/TB6 42 O 捕获P或者PWM输出端口;定时器B7CCR6 P4.7/TBCLK 4310通用数字1O引脚;输入时钟 TBCLK-定时器B7 P50 44 O通用数字O引郾: USARTU/SPI模式从设备传输使能端 P5.1 45V0|用数字O引脚 USART/SP|模式的从输入;主输出 P52 46 o通用数字∥o引即: USARTISPI模式的从输出:卡输入 通用数字O引脚却; USART/SP模式的夕部时钟输入 P53 47 O USART0SP模式的时钟输入 P5 4/MCLK 48 O通用数字O引脚;主系统时钟输入 P5.5/SMCLK 49 O|迸用数字O引却;子系统时钟输出