【文章內(nèi)容簡介】 擇性工作。 F14x 單片機可以通過特殊功能寄存器選擇使用不同的功能電路,即依靠軟件選擇其中不同的外圍功能模塊,對于不使用的模塊使其停止工作,以減少無效功耗。（3）具有高速和低速兩套時鐘。系統(tǒng)運行頻率越高,電源功耗就會相應(yīng)增大。為更好地降低功耗,F14x 單片機可采用三套獨立的時鐘源：高速的主時鐘、低頻時鐘（如 ）以及DCO 片內(nèi)時鐘。可在滿足功能需要的情況下按一定比例降低 MCU 主時鐘頻率,以降低電源功耗。在不需要高速運行的情況下,可選用副時鐘低速運行,進一步降低功耗。通過軟件對特殊功能寄存器賦值可改變 CPU 的時鐘頻率,或進行主時鐘和副時鐘切換。（4）具有多種節(jié)能工作模式。 F14x 單片機具有五種節(jié)能模式：LPM0 、LPMLPMLPM3 、LPM4。這五種模式為其功耗管理提供了極好的性能保證。圖 顯示了活動狀態(tài)（AM）與各種節(jié)能模式下消耗的實際工作電流大小。 河北聯(lián)合大學信息工程學院圖 F14x 的工作模式與工作電流關(guān)系由于 MSP430F14x 系列是專為超低功耗的便攜式應(yīng)用開發(fā)的。利用先進的集成電路技術(shù)和生產(chǎn)工藝,其功耗已經(jīng)跨越了毫安級,真正進軍到了微安級。不僅如此,F14x 的軟件結(jié)構(gòu)也針對低功耗而設(shè)計。如從備用模式喚醒 MCU 僅需6μS。其中斷和子程序調(diào)用無層次限制,這種豐富的中斷能力減少了系統(tǒng)查詢的需要,可以方便地設(shè)計出中斷程序結(jié)構(gòu)的控制程序。 利用 F14x 系列單片機,可以方便地構(gòu)建一個低電壓的工作平臺。通過各功能模塊的智能運行管理和 MCU的節(jié)能模式相結(jié)合,可以解決運行速度、數(shù)據(jù)流量與低功耗設(shè)計的矛盾,將各功能模塊的電流消耗降至最低狀態(tài),限制活動狀態(tài)至最低要求。經(jīng)過這樣優(yōu)化,可以實現(xiàn)單片機的極低功耗。如在 1MHz 工作頻率下,F14x 只消耗 ～400μA 電流（～ 供電）,如 供電時,執(zhí)行時僅消耗 160uA 的電流,備用時 ,這時 RAM 中的數(shù)據(jù)還能有效保持。強大的處理能力。MSP430 系列單片機是一個 16 位的單片機，采用了精簡指令集（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)存儲器都可參加多種運算；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)動下指令周期為 125 ns 。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。在運算速度方面，MSP430 系列單片機能在 8MHz 晶體的驅(qū)動下，實現(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（能實現(xiàn)乘加）相配合，能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法（如 FFT 等） 。MSP430 系列單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。當系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求將它喚醒只用 6us 。系統(tǒng)工作穩(wěn)定。上電復位后，首先由 DCOCLK 啟動 CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時間。然后軟件可設(shè)置適當?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。如果晶體振蕩器第 2 章 主要芯片介紹在用做 CPU 時鐘 MCLK 時發(fā)生故障，DCO 會自動啟動，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復位。 片內(nèi)資源豐富。MSP430 系列單片機的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（WDT） 、模擬比較器 A、定時器 A0（Timer_A0 ） 、定時器 A1（Timer_A1） 、定時器 B0（Timer_B0 ） 、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、10 位/12 位 ADC、16 位 ΣΔ ADC、DMA、I/O 端口、基本定時器（Basic Timer） 、實時時鐘（RTC）和 USB 控制器等若干外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復位；模擬比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器，可設(shè)計出 A/D 轉(zhuǎn)換器；16 位定時器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲 /比較功能，大量的捕獲 /比較寄存器，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現(xiàn)多機通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，P0、PP2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達 200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達 160 段；實現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件 I2C 串行總線接口實現(xiàn)存儲器串行擴展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的 DMA 模塊。MSP430 系列單片機的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。方便高效的開發(fā)環(huán)境。MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計者調(diào)試使用的方法進行開發(fā)。這種方式只需要一臺 PC 機和一個 JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和 編程器。開發(fā)語言有匯編語言和 C 語言。多種存儲形式和適應(yīng)工業(yè)級運行環(huán)境。MSP14X 的各個型號大多有性能相同而存儲器不同的 ROM 型、OTP 型，以適應(yīng)產(chǎn)品在設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)的各個不同階段的需要。同時，MSP430F1X 的運行環(huán)境溫度范圍為40~+85℃，所以，用其設(shè)計的產(chǎn)品適合運行在工業(yè)環(huán)境下。 MSP430單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)MSP430 系列采用存儲器—存儲器結(jié)構(gòu)，即用一個公共的空間對全部功能模塊尋址，同時用精簡指令組對全部功能模塊進行操作。圖 顯示的是MSP430 單片機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。河北聯(lián)合大學信息工程學院圖 MSP430 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)MSP430 系列器件包含 CPU、程序存儲器（ROM 和 Flash ROM） 、數(shù)據(jù)存儲器（RAM） 、運行控制器、外圍模塊和振蕩器和倍頻器等主要功能模塊，從上面的圖一可以看出，MSP430 內(nèi)部包含了計算機的所有部件，是一個真正的單片機（微控制器 MCU） 。CPUMSP430 的 CPU 運行正交的精簡指令集，由 16 位 ALU、指令控制邏輯和16 個寄存器組成。寄存器中有 4 個具有特殊用途，即：程序計數(shù)器 R0/PC、堆棧指針R1/SP、狀態(tài)寄存器和常數(shù)發(fā)生器 R2/SR/CGR3/CG2。除了 CG1 和 CG2，所有的寄存器都可以作為通用寄存器，用所有指令操作。常數(shù)發(fā)生器只用用于指令執(zhí)行時提供常數(shù)，但不能存儲數(shù)據(jù)。對CG CG2 訪問時的尋址模式可以區(qū)分所獲得的常數(shù)數(shù)值。PC、 SP 和 SR 配合精簡指令所實現(xiàn)的控制，可以使用系統(tǒng)的程序設(shè)計實現(xiàn)復雜的尋址模式和軟件算法。程序存儲器對程序存儲的訪問，對于程序代碼總是一字形式去的，而對于數(shù)據(jù)可以使用字或字節(jié)指令進行訪問。每次訪問需要 16 位數(shù)據(jù)總線（MDB）和訪問當前存儲器模塊所需的地址總線（MAB） 。存儲器模塊由內(nèi)部模塊允許信號自動選中，這樣可以減少總的電流消耗。第 2 章 主要芯片介紹對于 MSP430F 系列，程序存儲器是 FLASH 的。在程序設(shè)計中，可以講數(shù)據(jù)安排在程序存儲器中，讓門可以用字或字節(jié)指令方式訪問，因此可以實現(xiàn)查表處理等應(yīng)用。64KB 空間頂部的 16 字（0FFFFh~0FFE0h）保留用作撫慰及中斷的向量地址。數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器（RAM）與程序存儲器相同，經(jīng)地址總線（MAB）和數(shù)據(jù)總線（MDB）與 CPU 相連。 RAM 內(nèi)的數(shù)據(jù)可以以字或字節(jié)寬度訪問。由于 RAM 與程序存儲器是經(jīng)過相同的地址總線和數(shù)據(jù)總線與 CPU 相連，因此程序代碼可以裝入 RAM，也可以在 RAM 內(nèi)運行。這對于程序的調(diào)試提供了很大的方便。所有指令都有字節(jié)操作或字操作形式。但是，對堆棧和 PC 的操作是按字寬度進行的，尋址時必須對準偶地址。運行控制MSP430 的運行主要受控于存儲在特殊寄存器（SFR）中的信息。SFR 中的各位信息可以允許中斷以支持取決于中斷標志狀態(tài)軟件；可以定義外圍模塊的工作模式，被禁止的外圍模塊將暫停運行以減少電流的消耗，而所有存儲在模塊寄存器中的數(shù)據(jù)仍然保留。外圍模塊外圍模塊經(jīng) MAB、MDB 和中斷服務(wù)及請求線與 CPU 相連。對于大多數(shù)外圍模塊，MAB 通常是 5 位數(shù)，MDB 是 8 位或者 16 位。大多數(shù)外圍模塊工作在字節(jié)形式。8 位總線的模塊經(jīng)總線轉(zhuǎn)換電路連到 16 位的 CPU。這些模塊的數(shù)據(jù)交換毫無例外必須用字節(jié)指令操作，SFR 的處理也全部為字節(jié)指令；部分工作在字形式的外圍模塊必須用字指令操作。振蕩器與時鐘發(fā)生器振蕩器 LFXT1 是專門的為通用的低功耗 32768Hz 時鐘晶振設(shè)計的，但是也可以用一個高速的晶振工作。當用 32768Hz 晶振時，除了晶體外接外，所有的模擬元件都集成在片內(nèi)。如果采用高速晶振，仍需要外接負載電容。對于MSP430F13X 和 MSP430F14X，片內(nèi)還有一個可實現(xiàn)高速晶振的 XT2 振蕩器。除了晶體振蕩器外，MSP430 系列 FLASH 型芯片都有一個數(shù)控 RC 振蕩器（DCO ） 。DCO 與其他普通的 RC 振蕩器不同，它是可以實現(xiàn)數(shù)字控制及頻率調(diào)節(jié)的。外圍模塊及 CPU 的時鐘選擇非常靈活。絕大多數(shù)外圍模塊設(shè)計成可以用32768Hz、高速晶振或 DCO 來工作。CPU 可以用 DCO 工作，也可以喲 in 個晶河北聯(lián)合大學信息工程學院振時鐘信號運行。 MSP430單片機的輸入輸出端口MSP430 通用 I/O 端口的設(shè)計提供了最大的靈活性。每一個端口的所有引腳可以單獨配置，大部分具有中斷能力。MSP430 的 FLASH 型芯片有 2 類 I/O 端口。P1 和 P2 是一類，P3 、PP5和 P6 是另一類。這兩類 I/O 端口都具有控制 I/O 方向、輸入、輸出的能力。PP2 具有中斷能力，每一個引腳都可以單獨選擇中斷觸發(fā)沿、單獨允許中斷。F11x、F11x1 只有 P1 和 ，P2 只有 6 個引腳，但是內(nèi)部邏輯是完整的。F13x、F14x 有全部的 P1~P6 端口。端口 PP2圖 是 P P2 的結(jié)構(gòu)，通用端口 P1 和 P2 各有 8 個引腳及各自的控制寄存器，每一個引腳可以單獨控制，并且每一個引腳都可用作中斷源。PP2 各有一個中斷向量。~ 產(chǎn)生同一個中斷，~ 也產(chǎn)生同一個中斷。它們各有 7 個寄存器用來控制端口的引腳。PP2 經(jīng)過 8 位 MDB 和 MAB 與處理內(nèi)核連接，它們必須用字節(jié)指令以絕對地址模式進行訪問。7 個控制寄存器為 I/O 功能的配置提供了最大的靈活性，即：所有 I/O 位均可獨立編程?？梢杂懈鞣N輸入、輸出和中斷條件的組合。P1 和 P2 的 8 位全部可用于對外部事件的中斷處理。P1 和 P2 的 7 個寄存器分別見表 21 和表 22。第 2 章 主要芯片介紹圖 PP2 結(jié)構(gòu)表 21 P1 寄存器寄存器 簡稱 寄存器類型 地址 初始狀態(tài)輸入寄存器 P1IN 只讀 020h輸出寄存器 P1OUT 讀/寫 021h 不變方向寄存器 P1DIR 讀/寫 022h 復位中斷標志位 P1IFG 讀/寫 023h 復位中斷觸發(fā)沿選擇P1IES 讀/寫 024h 不變中斷允許 P1IE 讀/寫 025h 復位功能選擇寄存器P1SEL 讀/寫 026h 復位表 22 P2 寄存器寄存器 簡稱 寄存器類型 地址 初始狀態(tài)輸入寄存器 P2IN 只讀 028h輸出寄存器 P2OUT 讀/寫 029h 不變方向寄存器 P2DIR 讀/寫 02Ah 復位中斷標志位 P2IFG 讀/寫 02Bh 復位中斷觸發(fā)沿選擇P2IES 讀/寫 02Ch 不變中斷允許 P2IE 讀/寫 02Dh 復位功能選擇寄存器P2SEL 讀/寫 02Eh 復位以上所有寄存器為 8 位，必須用字節(jié)指令以絕對尋址模式進行訪問。輸入寄存器 P1IN、P2IN：這兩個只讀存儲器反映 I/O 引腳上的信號，對只讀存儲器的寫入會在寫有效期間增加電流消耗。輸出寄存器 P1OUT、P2OUT：如果 I/O 引腳用作輸出，則 8 位的輸出寄存器提供相應(yīng)位的輸出緩存信息。輸出緩存可用所有含目的操作書的指令修改。在讀取時，輸出緩存的內(nèi)容和引腳定義方向無關(guān)，改變方向不會改變輸出緩存的內(nèi)容。方向寄存器 P1DIR 和 P2DIR：每個寄存器含有相互獨立的 8 位，用于定義河北聯(lián)合大學信息工程學院每個 I/O 引腳的方向。各位在 PUC 后復位。0I/O 引腳切換成輸入模式；1I/O 引腳切換成輸出模式；中斷標志寄存器 P1IFG 和 P2IFG：每個寄存器對應(yīng)于 I/O 應(yīng)繳的 8 個標志位，表示是否有中斷掛器。0表示沒有待處理的中斷；1—由于 I/O 引腳電平跳變或軟件對這一位的設(shè)置會產(chǎn)生待處理的中斷。對寄存器 P1OUT 和 P1DIR 及對 P2OUT 和 P2DIR 的操作可能是 P1IFG 和P2IFG 中相應(yīng)位置位。對某一個中斷標志寫“0” 使它復位，寫“1”使它置位并產(chǎn)生中斷。每一組中斷標志 ~ 和 ~ 只用一個中斷向量，它們都是