【正文】 X21X系列，該系列是對(duì) MSP430X1XX片內(nèi)外設(shè)的進(jìn)一步精簡(jiǎn)，價(jià)格低廉，適合做一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用。 MSP430系列單片機(jī)不僅可以應(yīng)用于許多傳統(tǒng)的單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，如儀 器儀表、自動(dòng)控制以及消費(fèi)品領(lǐng)域，更適合用于一些電池供電的低功耗產(chǎn)品，如能量表、手持式設(shè)備、智能傳感器等，以及需要較高運(yùn)算性能的智能儀器設(shè)備。 此次設(shè)計(jì)就是用 MSP430F149單片機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘， 在硬件電路方面，采用SPX1117低壓差穩(wěn)壓器為單片機(jī)提供電源，它將 5V電壓轉(zhuǎn)化為 ；用 4*4矩陣鍵盤(pán)進(jìn)行輸入；在時(shí)間的顯示上介紹了兩種方法顯示，即 LED數(shù)碼顯示和 LCD液晶顯示 ；除此以外，在電路板上還留有供擴(kuò)展電路應(yīng)用的引腳接口。在軟件設(shè)計(jì)方面，完成了鍵盤(pán)掃描程序 、 顯示 模塊 程序以及系統(tǒng)主程序的設(shè) 計(jì)。 通過(guò)此次設(shè)計(jì)，可以了解 MSP430F149的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，理解 其 工作原理，同時(shí)可以掌握一般電子系統(tǒng)的調(diào)試方法。 3 2 課題研究背景與意義 單片機(jī)的應(yīng)用在后 PC時(shí)代得到了前所未有的發(fā)展，但對(duì)處理器的綜合性能要求也越來(lái)越高。綜觀單片機(jī)的發(fā)展，以應(yīng)用需求為目標(biāo)，市場(chǎng)越來(lái)越細(xì)化，充分突出以 “單片 ”解決問(wèn)題，而不像多年前以 MCS51/96等處理器為中心，外擴(kuò)各種接口構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng)的一部分，主要集中在中、低端應(yīng)用領(lǐng)域 (嵌入式高端應(yīng)用主要由 DSP、 ARM、 MIPS等高性能處理器構(gòu)成），在這些應(yīng)用中，目前也出現(xiàn)了一些新的需求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： ，而且由于產(chǎn)品體積的限制，很多是用紐扣電池供電，要求系統(tǒng)功耗盡可能低，如手持式儀表、玩具等。 ，對(duì)處理器的功能和性能要求不斷提高。既要外設(shè)豐富、功能靈活，又要有一定的運(yùn)算能力，能做一些實(shí)時(shí)算法，而不僅僅做一些簡(jiǎn)單的控制。 ，開(kāi)發(fā)時(shí)間短，希望開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)單、廉價(jià)、功能完善。特別是仿真工具要有延續(xù)性，能適應(yīng)多種 MCU，以免重復(fù)，增加開(kāi)發(fā)費(fèi)用。 穩(wěn)定，可靠性高，既能加密保護(hù)，又能方便升級(jí)。 課題研究背景 目前單片機(jī)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其應(yīng)用于儀器儀表中顯得更為優(yōu)越。以單片機(jī)制成的電子時(shí)鐘具有計(jì)時(shí)準(zhǔn)確 、 功耗低的優(yōu)點(diǎn) ， 從而得到了 許多 領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。單片機(jī)正處在微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時(shí)，向高速 、強(qiáng)運(yùn)算能力 、 尋址范圍大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展。單片機(jī)的發(fā)展推動(dòng)了應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展又反過(guò)來(lái)對(duì)單片機(jī)提出了更高要求，從而促進(jìn)單片機(jī)的發(fā)展。單片機(jī)正向著功能更強(qiáng) 、 速度更快 、 功耗更低 、 輻射更小的方向發(fā)展。隨著集成度的不斷提高，把 眾多的外圍功能器件集成在片內(nèi)已經(jīng)具備了充分的條件 ， 這也是單片機(jī)以后發(fā)展的重要趨勢(shì)。除了一般必須具有的 ROM、 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)外，隨著單片機(jī)檔次的提高，以適應(yīng)檢測(cè)、控制功能更高的要求，片內(nèi)集成的器件通常還有電源監(jiān)控與復(fù)位電路、 WDT、 A/D轉(zhuǎn)換器、 DMA控制器、中斷控制器、鎖相器、頻率合成器、字符發(fā)生器、聲音發(fā)生器、 CRT控制器、譯碼驅(qū)動(dòng)器等。 課題研究意義 數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì) 時(shí) 、 分 、 秒 進(jìn)行 數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置 ， 廣泛用于個(gè)人家庭 、 車(chē)站 、 碼頭 、 辦公室等公共場(chǎng)所 ， 成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁?可少的必需品 ，由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用 ， 使得數(shù)字鐘的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表 , 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能 ， 諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備 ， 甚至各種定時(shí)電 器 的自動(dòng)啟用等，所有這些都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。 通過(guò)對(duì)此次的時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)，一方面可以鞏固已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，比如 4 Protel99 SE的使用等；另一方面可以了 解并掌握一些新的知識(shí)，比如此次所用的核心芯片 MSP430單片機(jī)以及 LCD液晶顯示器等。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以將我的綜合能力提升很多，學(xué)習(xí)很多東西，為以后的學(xué)習(xí)生活打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 3 MSP430F149 介紹 MSP430系列是一個(gè) 16位的、具有精簡(jiǎn)指令集的、超低功耗的混合型單片機(jī) ,具有強(qiáng)大的綜合優(yōu)勢(shì)。 在運(yùn)算能力方面， MSP430系列單片機(jī)是一個(gè) 16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集 (RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式 (7種源操作數(shù)尋址、 4種目的操作數(shù)尋址 )、簡(jiǎn)潔的 27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器 以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為 125ns 。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。 在運(yùn)算速度方面， MSP430系列單片機(jī)能在 8MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 125ns 的指令周期 。 16位的數(shù)據(jù)寬度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器 (能實(shí)現(xiàn)乘加 )相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法 (如 FFT等 )。 MSP430系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒 只用 6181。ｓ。 超低功耗 MSP430單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開(kāi)的功能模塊不同，即采用不同 的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共 計(jì) 有一種活動(dòng)模式 (AM)和五種低功耗模式 (LPM0～ LPM4)。在等待方式下，耗電為 ，在節(jié)電方式下，最低可達(dá) 。 另外， MSP430系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。 MSP430系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。 MSP430F149 是 MSP430X14X 系列的一種， 、兩個(gè) 16 位定時(shí)器、一個(gè) 14 路的 12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)看門(mén)狗、 6路 P口、兩路 USART 通信端口、一個(gè)比較器、一個(gè) DCO 內(nèi)部振蕩器和兩個(gè)外部時(shí)鐘 ,支持 8M 的時(shí)鐘。 MSP430F149 芯片特點(diǎn) ： ～ 。 ： @ 4KHz,； 280181。A @ 1MHz,。 ： 等待方式 ； RAM保持的節(jié)電方式 。 于 6181。A。 RISC結(jié)構(gòu)， 125ns指令周期。 ： 5 高速晶體 (最高 8MHz)； 低速晶體 (32768Hz)； DCO。 A/D轉(zhuǎn)換器。 200Ksps的 A/D轉(zhuǎn)換器，自帶采樣保持。 。 3個(gè)捕獲 /比較寄存器的 16位定時(shí)器 Timer_A,Timer_B。 (UART/SPI)模式。 8位并行端口，且 2個(gè) 8位端口有中斷能力。 。 60KB FLASH ROM和 2KB RAM。 。 。 MSP430F149 芯片引腳 MSP430F149芯片共有 64個(gè)引腳，其中有 48個(gè)為 I/O引腳，具體說(shuō)明如表 31所示 。 表 31 MSP430F149 芯片引腳說(shuō)明表 引 腳 I/O 說(shuō) 明 名 稱(chēng) 序 號(hào) ， TACLK 時(shí)鐘信號(hào)輸入 ，捕獲： CCI0A輸入 ， 比較： OUT0 輸出 ，捕獲： CCI1A輸入， 比較： OUT1 輸出 ，捕獲： CCI2A輸入， 比較： OUT2 輸出 ，比較： OUT0 輸出 ，比較： OUT1 輸出 ，比較： OUT2 輸出 ， INCLK 時(shí)鐘信號(hào) ，捕獲： CCI0B 輸入， 比較： OUT0 輸出 ，捕獲： CCI0B 輸入， 比較： OUT0 輸出 ，比較： OUT2 輸出 頻率 6 續(xù)表 31： 引 腳 I/O 說(shuō) 明 名 稱(chēng) 序 號(hào) ，比較： OUT0輸出 ： USART0/SPI模式 出 入 — USART0/UART或SPI模式，時(shí)鐘輸出 —— USART0/SPI模式 — — USART0/UART模式 —— USART0/UART模式 —— USART1/UART模式 —— USART1/UART模式 —— 定時(shí)器 B_7CCR0 —— 定時(shí)器 B_7CCR1 —— 定時(shí)器 B_7CCR2 —— 定時(shí)器 B_7CCR3 —— 定時(shí)器 B_7CCR4 —— 定時(shí)器 B_7CCR5 —— 定時(shí)器 B_7CCR6 —— USART1/SPI 模式 7 續(xù)表 31： 引 腳 I/O 說(shuō) 明 名 稱(chēng) 序 號(hào) 、主輸出或 SPI模式 、主輸入或 SPI模式 —— USART1/UART或 SPI模式，時(shí)鐘輸出—— USART1/SPI模式 阻抗定時(shí)器 B_3 TB0～ TB2 RST/NMI 58 I 復(fù)位輸入 /不可屏蔽中斷輸入口，或自動(dòng)加載程序啟動(dòng) (FLASH版本器件有此功能） TCK 57 I 測(cè)試時(shí)鐘， TCK是用于器件測(cè)試與自動(dòng)加載程序啟動(dòng)的時(shí)鐘輸入接口 (FLASH版本器件有此功能 ) TMS 56 I 測(cè)試方式選擇，器件編程與測(cè)試的輸入口 TDI 55 I 測(cè)試數(shù)據(jù)輸入口，器件的保護(hù)熔絲被連接到 TDI TDO/TDI 54 I/O 測(cè)試數(shù)據(jù)輸出口 /編程數(shù)據(jù)輸入口 VeREF+ 10 I/O 送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12的外部基準(zhǔn)電壓 VREF+ 7 O 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓的正輸入端 VREF/ VeREF 11 O 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓或外部加的基準(zhǔn)電壓負(fù)端 XIN 8 I 晶體震蕩器 XT1的輸入口 XOUT/TCLK 9 I/O 晶體震蕩器 XT1的輸出口或測(cè)試時(shí)鐘的輸入口 8 續(xù)表 31： 引 腳 I/O 說(shuō) 明 名 稱(chēng) 序 號(hào) XT2IN 53 I 晶體震蕩器 XT2的輸入口， 只能接標(biāo)準(zhǔn)晶體 XT2OUT 52 O 晶體震蕩器 XT2的輸出口 AVcc 64 模擬電源的正輸入端，送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12的模擬部分 AVss 62 模擬電源的負(fù)輸入端，送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12的模擬部分 DVcc 1 數(shù)字電源的正輸入端 DVss 63 數(shù)字電源的負(fù)輸入端 MSP430F149 芯片處理單元 處理單元基于一種一致的正交設(shè)計(jì)的 CPU和指令集 ， 這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形成了一種對(duì)應(yīng)用開(kāi)發(fā)高度透明，并以編程簡(jiǎn)單著稱(chēng)的類(lèi) RISC體系。除了程序流指令以外的所有操作，都是作為寄存器操 作 連同 7種源尋址方式和 4種目的操作數(shù)尋址方式來(lái)執(zhí)行的。 MSP430F149芯片 CPU有 16個(gè)寄存器提供精簡(jiǎn)指令執(zhí)行時(shí)間。存儲(chǔ)器到寄存器操作執(zhí)行時(shí)間被減少到處理器頻率的一個(gè)周期， 4個(gè)寄存器被保留，專(zhuān)門(mén)用作程序計(jì)數(shù)器、堆棧計(jì)數(shù)器、狀態(tài)寄存器和常數(shù)發(fā)生器。其余的寄存器可用作通用寄存器。外設(shè)利用一個(gè)數(shù)據(jù)地址和控制總線連接到 CPU，并能容易利用內(nèi)存處理指令操作。 MSP430F149 芯片運(yùn)行模式 MSP430F149具有一種活動(dòng)模式和五種軟件可選的低功耗運(yùn)行模式。一個(gè)中斷事件可以將芯片從五種低功耗模式中的任 何一種喚醒為請(qǐng)求服務(wù)并在從中斷程序返回時(shí)恢復(fù)低功耗模式。 下列六種運(yùn)行模式由軟件配置： AM －所有時(shí)鐘活動(dòng) 0(LPM0) － CPU關(guān)閉 ACLK和 SMCLK保持活動(dòng)， MCLK關(guān)閉 1(LPM1) － CPU關(guān)閉 ACLK和 SMCLK保持活動(dòng)， MCLK關(guān)閉 如果 DCO在活動(dòng)模式中沒(méi)有使用， DCO的直流發(fā)生器將關(guān)閉 2(LPM2) 9 － CPU關(guān)閉 ； ACLK保持活動(dòng) MCLK、 FLL+， DCOCLK關(guān)閉 DCO的直流發(fā)生器保持活動(dòng) 3(LPM3) － CPU關(guān)閉 ； ACLK保持活動(dòng) MCLK、 FLL+， DCOCLK關(guān)閉 4(LPM4) － CPU關(guān)閉 ； ACLK關(guān)閉 MCLK、 FLL+、 DCOCLK關(guān)閉 DCO的直流發(fā)生器關(guān)閉 ； 晶體振蕩器停止 MSP430F149 芯片 I/O 端口 MSP430F149有 6個(gè) 8位的 I/O端口 P1～ P6，端口 P1和 P2用 7個(gè)控制寄存器，端口P P P P6僅使用 4個(gè)寄存器，為應(yīng)用提供數(shù)字輸入 /輸出的最大靈活性： I/O口可獨(dú)立編程； ； P