【正文】 計數(shù)、時序發(fā)生、 PWM 等 。 。 （ 10 位或更高精度） 。 ：所有指令可以用任意尋址模式 。 C編譯器 。 ：所有模塊采用存儲器分配 。 全部為工業(yè)級 16 位 RISC MCU。 畢業(yè)論文 MSP430 與 89C51 系列的比較 我國的多數(shù)讀者對 89C51 系列 的單片機是很熟悉的，為了加深對 MSP430 系列單片機的認(rèn)識，我們不妨將兩者進行一下比較。 首先， 89C51 單片機是 8 位單片機。其指令是采用的被稱為 “ CISC ” 的復(fù)雜指令集，共具有 111 條指令。而 MSP430 單片機是 16 位的單片機，采用了精簡指令集（ RISC ）結(jié)構(gòu)，只有簡潔的 27 條指令，大量的指令則是模擬指令，眾多的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加 多種運算。這些內(nèi)核指令均為單周期指令，功能強，運行的速度快。 其次， 89C51 單片機本身的電源電壓是 5 V， 有兩種低功耗方式：待機方式和掉電方式。正常情況下消耗的電流為 24mA ，在待機狀態(tài)下，其耗電電流仍為 3mA ；即使在掉電方式下，電源電壓可以下降到 2V，但是為了保存內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)，還需要提供約 50uA 的電流。而 MSP430 系列單片機在低功耗方面的優(yōu)越之處，則是 89C51 系列不可比擬的。正因為如此， MSP430 更適合應(yīng)用于使用電池供電的儀器、儀表類產(chǎn)品中。 再者， 89C51 系列單片機由于其 內(nèi)部總線是 8位的，其內(nèi)部功能模塊基本上都是 8 位的雖然經(jīng)過各種努力其內(nèi)部功能模塊有了顯著增加，但是受其結(jié)構(gòu)本身的限制很大，尤其模擬功能部件的增加更顯困難。 MSP430 系列其基本架構(gòu)是16 位的，同時在其內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線經(jīng)過轉(zhuǎn)換還存在 8 位的總線，在加上本身就是混合型的結(jié)構(gòu)，因而對它這樣的開放型的架構(gòu)來說，無論擴展 8 位的功能模塊，還是 16 位的功能模塊，即使擴展模 /數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù) /模轉(zhuǎn)換這類的功能模塊也是很方便的。這也就是為什么 MSP430 系列產(chǎn)品和其中功能部件迅速增加的原因。 最后，就是在開發(fā)工具上面。對于 89C51 來說，由于它是最早進入中國的單片機，人們對它在熟悉不過了，再加上我國各方人士的努力，創(chuàng)造了不少適合我們使用的開發(fā)工具。但是如何實現(xiàn)在線編程還是一個很大的問題。對于 MSP430系列而言，由于引進了 Flash 型程序存儲器和 JTAG 技術(shù)，不僅使開發(fā)工具變得簡便，而且價格也相對低廉，并且還可以實現(xiàn)在線編程。 應(yīng)使用的多種 MSP430 使用參數(shù)搜索為您的應(yīng)用找到合適的 MSP430 產(chǎn)品。 MSP430 產(chǎn)品系列類型描述。 MSP430F5xx 基于閃存的 MCU 提 供 V 至 V 工作電 壓、高達(dá) 256kB的閃存和最高 25MIPS 的時鐘系統(tǒng)，內(nèi)置 4個 USCI 模塊。 畢業(yè)論文 MSP430F4xx 基于閃存的 MCU 提 供 V 至 V工作電壓、高達(dá) 60kB 的閃存 /ROM 和 8MIP（帶有 FLL + SVS） 內(nèi)置 LCD Driver。 MSP430F2xx 基于閃存的 MCU 提供 V 至 V 工作電壓、掉電復(fù)位及 16MIP（帶有基本時鐘） 。 MSP430F1xx 基于閃存 / ROM 的 MCU 提供 V 至 V 的工作電壓、高達(dá) 60kB 和 8MIP（帶有基本時鐘） 。 MSP430 是一類現(xiàn)場 16 位數(shù)據(jù)線 FLASH 存儲器的單片機，該單片機以豐富的片上資源，高速和高精度而深受廣大單片機愛好者的青睞。而本設(shè)計充分利用其資源，實現(xiàn)了 A/D 轉(zhuǎn)換、多機通信、外存和實時時鐘、 PWM 波形的函數(shù)發(fā)生器、比較器測量、定時器的捕獲測量周期、 8M 方波產(chǎn)生、硬件乘法器等等。通過設(shè)計的 PCB 板，可以應(yīng)用到大量的工業(yè)自動控制中，實現(xiàn)低功耗、低輻射、低污染的控制。 開發(fā)環(huán)境及程序下載 開發(fā)環(huán)境 :在 EW23 環(huán)境下進行編程 ,匯編 ,連接 ,在 C— SPY 環(huán)境下進行調(diào)試 ,下載是在連接之后 ,調(diào)試之前 ,通過計算機的串口下載的 。 關(guān)于環(huán)境的操作 ,可以參考有關(guān)資料 ,其中可能遇到的問題及解決方法有 : 編是對源程序而言的 ,因此必須打開一個源文件才能匯編 ,而連接是對一個工程文件而言的 ,連接是對工程文件的所有源代碼 (包括多個源文件 )和數(shù)據(jù)的定位 ,因此連接必須打開一個工程文件才能連接 。 ,且必須選定 C— SPY 的驅(qū)動方式 ,即在project 中的 options 的 xlink 的 include 下修改 (先選中 )xcl 的庫路徑為 $TOOLKIT_DIR$\icc430\msp430F149A。 xcl ,選擇 C— SPY 的驅(qū)動 drive 為simulator 或 FLASH EMULATION TOOL ,當(dāng)沒連接 430 片子時可以選 simulator,當(dāng)連接 430 片子時 ,選 FLASH EMULATION TOOL 進行在線下載調(diào)試 。 430支持匯編語言和 C語言兩種語言 ,因此可以在一個工程文件 中同時用兩種語言 ,但建議用匯編語言 ,因為便于在調(diào)試時尋找邏輯和指令的聯(lián)系及地址的定位正確與否 。 C— SPY 的調(diào)試中 ,單步需要將 Control 的 Reatime 前的勾取消才能進行單步測試 。 ,不能 將 58 管腳（復(fù)位 /非屏蔽中斷）外部變高 ,否則 ,會強制退出調(diào)試環(huán)境 。 畢業(yè)論文 程序下載原理及脫機工作原理 :程序的在線調(diào)試是通過 JATG 口和 F149 片子的 RST、 TCK、 TDI、 TDO、 TMS 引腳按一定的時序串行的傳遞程序代碼和數(shù)據(jù)的 ,調(diào)試指令的命令傳遞都是通過這些數(shù)據(jù)線和控制線傳遞的 ,其中的地址 0FFFEH為復(fù)位向量的地址 ,它是程序遇到非屏蔽中斷和程序啟動的首要地址 ,地址中存放的是程序段開始的首地址 ,因此必須把程序段的首地址標(biāo)號表示在中斷向量中或程序偽指令的開頭位置 ,否則 ,連接時將會出錯 ,具體的 表示方法在下一 節(jié)中表示 。 程序的下載和在線調(diào)試的電源是通過計算機在 JATG 提供的 ,不須另外給加電源 。 MSP430F149 單片機的功能介紹 MSP430F149 輸入輸出口 MSP430F149 有 6 個 8 位的 P 口，其中 P P2 口占兩個中斷向量，共可以接16 個中斷源，還可以直接利用 P 口的輸入輸出寄存器，直接對外進行通信。因為所有的 P口都是和其他外設(shè)復(fù)用的，因此在用端口之前都要用功能選擇寄存器選定所用的功能是外設(shè)還是 P 口，選定之后還要在方向寄存器中確定是是輸出還是輸入，我實驗了一個程序，前部分是實現(xiàn)中斷功能的程序，后部分為中斷 程序是實現(xiàn)直接用 P口對外提供一個短脈沖的程序，在我們設(shè)計的開發(fā)板中，專門利用了 P口的輸入輸出功能對外存 24WCXX和實時時鐘芯片 8563的數(shù)據(jù)通過的存取I2C 總線的讀取和寫入。還利用了 P口向電池充電的開啟電路。 定時器及數(shù)模轉(zhuǎn)換 圖 32 定時器及數(shù)模轉(zhuǎn)換 MSP430 中有兩個 16位定時器，還可以利用看門狗定時器。由于定時器的是16 位的，則可以在秒數(shù)量級上定時，且具有 2 個中斷向量，便于處理各種定時畢業(yè)論文 中斷。定時器的應(yīng)用在 F149 中具有舉足輕重的作用，可以利用 MSP430F149 中的定時器的比較模式產(chǎn)生 PWM（數(shù)字脈沖調(diào)制）波形，再經(jīng)過低通濾波器產(chǎn)生任意函數(shù)的波形，也就是說，可以通過定時器的比較模式實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。另外，定時器還具有捕獲模式，我們可以通過定時器的捕獲功能實現(xiàn)各種測量，比如脈沖寬度測量，如果和比較器結(jié)合，還可以測量電阻、電容、電壓、電流、溫度等，可以這樣說，只要能通過傳感轉(zhuǎn)換為時間長度的，都可以通過定時器的捕獲定時功能實現(xiàn)值的測量。在開發(fā)板中，利用定時器，我們設(shè)計了一個 PWM 濾波輸出的函數(shù)發(fā)生器。另外，我們還利用定時器的捕獲功能和比較器的比較功能測電阻和電容 。 比較器測電阻的實驗程序和時序： 程 序和設(shè)計流圖為 如 圖 32： 時鐘模塊 MSP430F149的時鐘可以自由選擇 ,它包括一個內(nèi)部 DCO時鐘和另外兩個外部時鐘 ,內(nèi)部時鐘的參數(shù)見參考資料 ,其中最高可達(dá)到 1042KHZ。外部可以接兩個時鐘 ,一個可接鐘表晶振或標(biāo)準(zhǔn)晶振 ,另一個接最高時鐘頻率為 8MHZ 的晶振 ,8M 是單片機的最高工作頻率 ,對于晶振的選擇 ,在參考資料一上介紹的很清楚 ,在此不在重復(fù) ,對基礎(chǔ)時鐘的控制 ,只需要對相應(yīng)的控制寄存器寫入相應(yīng)的控制位就可以產(chǎn)生需要的時鐘 ,還可以從相應(yīng)的端口測的時鐘頻率 ,我們做了一個實驗 ,是控制內(nèi)部時鐘的 ,可以從 149 的端口上測的相應(yīng)的頻率 ,只要開啟時鐘頻率之后 ,時鐘就繼續(xù)存在到寫入停止為止 。 USART 通信模塊 通用串行同步異步通信模塊是為了使 MSP430F149多機通信用的 ,通過 USART口連接 RS202和 RS485的驅(qū)動芯片可以實現(xiàn)單片機與計算機及其他的工作電平的匹配串行通信 ,由于 MSP430F149 具有兩個通信口 ,因此可以分別用于 RS202 和RS485 的串行通信 。 MSP430 有同步和異步兩種方式 ,每一種方式都有獨立的幀格式和控制寄存器 ,只需要按照需要和幀格式寫入相應(yīng)的寄存器就可以實現(xiàn)多機通信 。 由于 MSP430 的波特率產(chǎn)生比較自由 ,因此異步通信模式用的比較多 ,在畢業(yè)設(shè)計中 ,我們只實驗了異步通信模式 ,在異步通信模式中 ,MSP430的波特率的產(chǎn)生有很獨特的方式 ,可以實現(xiàn)多種波特率的產(chǎn)生 ,可以克服其他單片機的波特率受限的缺點 。 另外 ,在異步模式中 ,又根據(jù)需要分為線路空閑多機模式和地址位多機模式 ,如果只是兩機通信 ,線路空閑比較多 ,用線路空閑多機模式比較好 ,在開發(fā)板中有一個測試程序是實現(xiàn)通過 RS202 與計算機超級終端串行口相連的測試程序 ,在此 ,不用多說 ,由于 MSP430 的波特率發(fā)生器比較特別 ,在此 ,我們著重討論畢業(yè)論文 一下波特率發(fā)生 器 。 波特率發(fā)生器是用波特率選擇寄存器和調(diào)整控制寄存器來產(chǎn)生串行數(shù)據(jù)位定時 。 波特率 =BRCLK/(UBR+(M7+M6+M5+M4+M3+M2+M1+M0)),其中 BRCLK 為晶振頻率 ,UBR為分頻因子的整數(shù) ,晶振頻率除以波特率的整數(shù) 部分 ,而 調(diào)整位 ,是分別寫在 UMCTL 中的 ,如果置位 ,則對應(yīng)的時序時間只能波特率分頻器的輸入時鐘擴展一個時鐘周期 ,每接受或發(fā)送一位 ,在調(diào)整控制寄存器的下一位被用來決定當(dāng)前位的定時時間 。 協(xié)議的第一位的定時由 URB 加上 M0 決定 ,下一位由 UBR 加上 M1決定 ,以后類推 。 而調(diào)整位取 “0” 還 是 “1” ，取決于當(dāng)前的分頻因子與需要的分頻因子的差距，如果大于 “1” ，如果小于 取 “0” 。 比較器模塊 比較器的應(yīng)用在 MSP430 中很廣 ,可以做為可轉(zhuǎn)換為電壓的量的測量 ,如果加上定時器的捕獲功能 ,比較器的用途會更廣 ,由于比較器的應(yīng)用在定時器一章已有實驗證明 ,在此不在多述 ,但有幾點必須說明 。 較器屬于硬件型的 ,雖然很準(zhǔn)確 ,但由于有軟件的控制 ,造成的時間誤差可能很大 。 因此存在一段時間的振蕩 ,這造成測量的誤差大，不能很精確 。 ,可以都自由加 ,但不能超過片子的最高電 壓 ,否則不能正常工作 。 ,可以很放心的用 ,在我們的開發(fā)板中 ,有比較器的輸入端口 ,還加了電阻和穩(wěn)壓和嵌位的二極管對在高壓和負(fù)壓時的芯片保護 。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 MSP430F149 單片機中集成了 14路 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換 ,其中 8路屬于外部的信號轉(zhuǎn)換 ,3 路是對內(nèi)部參考電壓的檢測轉(zhuǎn)換 ,1 路是接溫控的傳感電壓轉(zhuǎn)換 ,每一路轉(zhuǎn)換都有一個可控制的轉(zhuǎn)換存儲器 ,而且 ,參考電平和時鐘源都是可選擇的 ,可以外部提供的 。 這給使用上帶來了很大的靈活性 。 原理上不同于一般積分和逐次比較等 A/D轉(zhuǎn)換原理 ,它的輸入 信號是加在 A/D的電容網(wǎng)絡(luò)上的 ,通過電容的充電來采樣信號進行 A/D 轉(zhuǎn)換的 。 其時序可 以歸納為 如 圖 33： A/D 轉(zhuǎn)換的時序和具體的一些注意事項和參數(shù) ,但有幾點必須注意的地方 : MSP430F149 是采用加載信號到電容上充電的采樣 ,因此必須要給一定的采樣時間以能到達(dá)一定的精度和時間的不溢出 ,否則會出現(xiàn)時間溢出的中斷 。 據(jù)測定其采樣開始之后需要 13 個 ADC12CLK 周期延時 。 在實驗時是采用的單步才能比較精確的測量，在全速時需要延時才能測量，否則采樣結(jié)果為 0。 畢業(yè)論文 ,這就是將 ADC12CTL0 的 ENC和 ADC12SC 同時置 “1” ，則表明采樣結(jié)束和轉(zhuǎn)換開始，在我們的測試中，是將ADC12CTL0 的控制位重復(fù)了一次以達(dá)到開始轉(zhuǎn)換。 ，轉(zhuǎn)換公式為 NADC=4095*（ Vin— Vr） /（ Vr+— Vr）。 圖 33 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 ，因此精度上需要多次測量取平均值。 ，則不能認(rèn)為懸空為 0V，而必須要加一個電壓，即使是 0v 也必須要加地，否則不能轉(zhuǎn)換。 具體的 A/D 采樣程序和結(jié)果在 PCB 測試中有比較詳細(xì)的結(jié) 果。 在這次畢業(yè)設(shè)計中，我們的主要任務(wù)是設(shè)計一個芯片的開發(fā)板，以能夠供以后使用