【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1和 P2的所有 8位對(duì)外部事件的中斷處理完全實(shí)現(xiàn) 。 端口 P1和 P2具有輸入 /輸出、中斷和外部模塊功能，端口 P P P5和 P6沒有中斷能力，其余功能和 P P2相同。以 Px代表端口，介紹所有的 7個(gè)寄存器。 a. PxDIR (輸入 /輸出方向寄存器 ) 相互獨(dú)立的 8位分別定義了 8個(gè)引腳的輸入 /輸出方向。使用輸入 /輸 出功能時(shí)，應(yīng)該先定義端口的方向，輸入 /輸出才能滿足設(shè)計(jì)者的要求。作為輸入時(shí)，只能讀；作為輸出時(shí)，可讀可寫。 0 ： 輸入模式； 1 ： 輸出模式。 b. PxIN (輸入寄存器 ) 輸入寄存器是只讀寄存器 ， 用戶不能對(duì)它寫入，只能通過讀取該寄存器內(nèi)容知道 I/O端口的輸入信號(hào) ， 此時(shí)引腳的方向必須選定為輸入。 c. PxOUT (輸出寄存器 ) 該寄存器為 I/O端口的輸出緩沖寄存器，在讀取時(shí)輸出緩存的內(nèi)容與引腳方向定義無關(guān)。改變方向寄存器的內(nèi)容，輸出緩存的內(nèi)容不受影響。 d. PxIFG (中斷標(biāo)志寄存器 ) 該寄存器有 8個(gè) 標(biāo)志位，標(biāo)志相應(yīng)引腳是否有待處理中斷的信息，即相應(yīng)引腳是否有中斷請(qǐng)求。 0 ： 沒有中斷請(qǐng)求； 1 ： 有中斷請(qǐng)求。 e. PxIES (中斷觸發(fā)沿選擇寄存器 ) 如果允許 Px口的某個(gè)引腳中斷，還需要定義該引腳的中斷觸發(fā)方式。該寄存器的 8位分別對(duì)應(yīng) Px口的 8個(gè)引腳。 0 ： 上升沿使相應(yīng)標(biāo)志置位； 1 ： 下降沿使相應(yīng)標(biāo)志置位。 10 f. PxIE (中斷使能寄存器 ) Px口的每一個(gè)引腳都有一位用以控制該引腳是否允許中斷。 0 ： 禁止中斷； 1 ： 允許中斷。 g. PxSEL (功能選擇寄存器 ) 各端口具有其他片內(nèi)外設(shè)功能， 為了減少引腳，將這些功能與芯片外的聯(lián)系通過復(fù)用 Px引腳的方式來實(shí)現(xiàn)。 PxSEL用來選擇引腳的 I/O端口功能與外圍模塊功能。 P P P5和 P6端口只有輸入 /輸出方向寄存器 (PxDIR)、輸入寄存器 (PxIN)、輸出寄存器 (PxOUT)和功能選擇寄存器 (PxSEL)。 0 ： 選擇引腳為 I/O端口； 1 ： 選擇引腳為外圍模塊功能。 MSP430F149 芯片時(shí)鐘系統(tǒng) MSP430F149芯片內(nèi)基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊有 3個(gè)時(shí)鐘輸入源： 低頻時(shí)鐘源 高頻時(shí)鐘源 數(shù)字控制 RC振蕩器 LFXT1振蕩器默認(rèn)工作在低頻模式，即 32768Hz， XT2振蕩器為標(biāo)準(zhǔn)的 8MHz晶體振蕩器。 基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊可提供 3種時(shí)鐘信號(hào)：主系統(tǒng)時(shí)鐘 (MCLK)、子系統(tǒng)時(shí)鐘 (SMCLK)和輔助時(shí)鐘 (ACLK)。 主系統(tǒng)時(shí)鐘 (MCLK)： MCLK可由軟件選擇來自 LFXT1CLK、 XT2CLK、 DCOCLK三者之一，然后經(jīng) 8分頻得到。 MCLK主要用于 CPU和系統(tǒng)。 子系統(tǒng)時(shí)鐘 (SMCLK)：可由軟件選擇來自 LFXT1CLK和 DCOCLK，或者XT2CLK和 DCOCLK(由具體器件決定 )，然后經(jīng) 8分頻得到。 SMCLK主要用于高速外圍模塊。 輔助時(shí)鐘 (ACLK)： ACLK是 LFXT1CLK信號(hào)經(jīng) 8分頻后得到的。 ACLK可由軟件選作各個(gè)外圍模塊的時(shí)鐘信號(hào)，一般用于低速外設(shè)。 系統(tǒng)使用不同的時(shí)鐘信號(hào)，用戶通過程序可以選擇低頻或高頻，這樣可以根據(jù)實(shí)際需要來選擇合適的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，這 3種不同頻率的時(shí)鐘輸出給不同的模塊，從而更合理地利用系統(tǒng)的電源，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的超低功耗 ， 這一點(diǎn)對(duì)于電池供電的系統(tǒng)來講至關(guān)重要。 MSP430F149 芯片存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和地址空間 MSP430系列單片機(jī)存儲(chǔ)器采用的是統(tǒng)一結(jié)構(gòu) 、 物理上完全分離的存儲(chǔ)區(qū)域如ROM/FLASH、 RAM、外圍模塊、特殊功能寄存器 SFR等，被安排在同一地址空間，這樣就可以使用一組地址、數(shù)據(jù)總線、相同的指令對(duì)它們進(jìn)行字節(jié)或字形式訪問。MSP430系列單片機(jī)存儲(chǔ)器的這種組織方式和 CPU采用精簡(jiǎn)指令相互協(xié)調(diào)，對(duì)外圍模塊的訪問不需要單獨(dú)的指令 ， 該結(jié)構(gòu)為軟件的開發(fā)和調(diào)試提供便利。 現(xiàn)以 64KB的存儲(chǔ)空間為例說明 MSP430的存儲(chǔ)器使用情況，如圖 31所示。 11 圖 31 MSP430存儲(chǔ)空間分配 MSP430不同系列器件的存儲(chǔ)空間分布有很多相同之處： a)中斷向量被安排在相同的空間： OFFEO～ OFFFFH。 b)8位、 16位外圍模塊占用相同范圍的存儲(chǔ)器地址。 c)特殊功能寄存器占用相同范圍的存儲(chǔ)器地址。 d)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都從 0200H處開始。 e)程序存儲(chǔ)器的最高地址都是 0FFFFH。 但是由于器件所屬型號(hào)的不同，存儲(chǔ)空間的分布也存在一些差異：程序存儲(chǔ)器容量不一樣，所以起始地址也不一樣；僅 FLASH型有信息存儲(chǔ)器和引導(dǎo)存儲(chǔ)器，而且不同器件它們的地址不同；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的末 地址不一樣，中斷向量和 8位、 16位外圍模塊的內(nèi)容不同等。 MSP430的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是最靈活的地址空間，位于存儲(chǔ)器地址空間的 0200H單元以上，這些存儲(chǔ)器一般用于堆棧和變量，如存放經(jīng)常變化的數(shù)據(jù)。堆棧是具有先進(jìn)后出特殊操作的一段數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，可以在子程序調(diào)用、中斷處理或者函數(shù)調(diào)用過程中保存程序指針、參數(shù)、寄存 器 等。 程序存儲(chǔ)器 FLASH是 0FFFFH以下的一定數(shù)量的存儲(chǔ)空間，可存放系統(tǒng)程序或者應(yīng)用程序及 常數(shù)，可以避免斷電等意外情況而造成存儲(chǔ)的信息丟失。程序代碼必須 有 地址尋址。程序代碼包括：中斷向量區(qū)、用戶程序 代碼和系統(tǒng)引導(dǎo)程序。 MSP430系列單片機(jī)內(nèi)所有外圍模塊都可以用軟件訪問和控制，外圍模塊相關(guān)的控制寄存器和狀態(tài)寄存器都被安排在 0000H～ 01FFH范圍的 RAM中， MSP430可以像訪問普通 RAM單元一樣對(duì)這些寄存器進(jìn)行操作。 中斷向量表 程序存儲(chǔ)器 跳轉(zhuǎn)控制表 數(shù)據(jù)表等 引導(dǎo)存儲(chǔ)器 （ ROM） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 16位外圍模塊 8位外圍模塊 特殊功能寄存器 0FFFFH 0FFE0H 0FFDFH 0200H 01FFH 0100H 0FFH 0FH 010H 00H 12 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方案論證與選擇 方案一：采用 EDA設(shè)計(jì)，整個(gè)數(shù)字鐘電路由振蕩脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)電路、顯示譯碼 / 驅(qū)動(dòng)器和七段顯示器組成，如圖 41所示： 圖 41 數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)框圖 振蕩脈沖發(fā)生器用來產(chǎn)生秒脈沖。計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位計(jì)數(shù)器、秒十位計(jì)數(shù) 器、分個(gè)位計(jì)數(shù)器、分十位計(jì)數(shù)器、時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器、時(shí)十位計(jì)數(shù)器組成。計(jì)數(shù)器的功能是每來一個(gè)脈沖計(jì)一個(gè)數(shù)。顯示譯碼 / 驅(qū)動(dòng)器采用 74LS47 共陽極顯示譯碼器。顯示器采用共陽極七段顯示器。 方案二：采用數(shù)字電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。 如圖 42所示，整個(gè)系統(tǒng)是由主體電路、擴(kuò)展電路、 振蕩器 、分頻器等幾部分組成，主體電路完成 時(shí)間的顯示和調(diào)時(shí)的功能，擴(kuò)展電路中留有接口供擴(kuò)展電路使用。 該系統(tǒng)的工作原理是：振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，再經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿 60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿 60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按 “12翻 1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)、校分、校秒。擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。 計(jì)數(shù)器部分采用 74LS90進(jìn)行計(jì)數(shù)，而譯碼部分采用 74LS48七段譯碼驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示器。用數(shù)字電路設(shè)計(jì)的電路的特點(diǎn)是軟件部分比較簡(jiǎn)單，但是其硬件電路比較復(fù)雜。 圖 42 數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)框圖 時(shí)顯示器 分顯示器 秒顯示器 時(shí)譯碼器 分譯碼器 秒譯碼器 時(shí)計(jì)數(shù)器 分計(jì)數(shù)器 秒計(jì)數(shù)器 校時(shí)電路 觸摸整點(diǎn)報(bào)時(shí) 報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù) 仿電臺(tái)報(bào)時(shí) 定時(shí)功能 分頻器 振蕩器 主體電路 擴(kuò)展電路 振蕩脈沖發(fā)生器 計(jì)數(shù)電路 顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路 七段顯示器 13 方案三：利用單片機(jī)設(shè)計(jì)。采用 MSP430F149作為整個(gè)電路的核心部 件，應(yīng)用4*4的矩陣鍵盤作為輸入，外接 LCD或 LED進(jìn)行顯示，同時(shí)還連接一些擴(kuò)展電路以便增加時(shí)鐘功能。用單片機(jī)為核心的系統(tǒng)其硬件電路非常簡(jiǎn)單，計(jì)數(shù)、調(diào)時(shí)、譯碼顯示等全部都由軟件控制實(shí)現(xiàn)，準(zhǔn)確性較高。 經(jīng)過比較選擇決定采用方案三， MSP430系列單片機(jī)具有強(qiáng)大的處理功能，而且其超低功耗的特點(diǎn)非常適合電池供電的儀表儀器。以單片機(jī)為核心的系統(tǒng)處理能力強(qiáng) 、 誤差小，而且采用鍵盤輸入更為方便，容易操作。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 如圖 43所示，整個(gè)時(shí)鐘電路由 MSP430F149單片機(jī)、 4*4矩陣鍵盤、顯示電路、擴(kuò)展功能電路 、 電源 和晶振 等幾部分組成。 其中 MSP430F149單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件。 4*4的矩陣鍵盤作為系統(tǒng)的輸入，有調(diào)時(shí)、復(fù)位等功能；顯示電路部分采用 LCD液晶顯示器和 LED數(shù)碼管顯示器同時(shí)進(jìn)行顯示；擴(kuò)展電路是為系統(tǒng)預(yù)留的部分，在這部分可以進(jìn)行一些功能的添加，如鬧鈴、溫度顯示等功能。單片機(jī)外接兩個(gè)晶體振蕩器：低速晶體振蕩器 LFXT1和高速晶體振蕩器 XT2。低速晶體振蕩器為 32KHZ，晶振只需經(jīng)過 XIN和 XOUT兩個(gè)引腳相連，不需要其他外部器件，所有保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定的元件和移向電容都集成在芯片中。 LFXT1振蕩 器在發(fā)生有效 PUC信號(hào)后開始工作，依次有效 PUC信號(hào)可以將 SR寄存器中的 OscOff位復(fù)位，即允許 XT1工作。如果 LFXT1CLK信號(hào)沒有用作SMCLK或 MCLK信號(hào)，可以用軟件將 OscOff位置位以禁止 LFXT1工作。高速晶體振蕩器為 8MHZ的標(biāo)準(zhǔn)晶體振蕩器，經(jīng)過 XT2IN和 XT2OUT兩個(gè)引腳相連。它產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào) XT2CLK，它的工作特性與 LFXT1振蕩器工作在高頻模式時(shí)相似。如果XT2CLK信號(hào)沒有用做 MCLK和 SMCLK時(shí)鐘信號(hào)，可以用控制位 XT2OFF關(guān)閉 XT2。 圖 43 系統(tǒng)整體框圖 MSP430F149 芯片 顯示 電路 擴(kuò)展功能 電路 4*4 矩陣鍵盤 電源電路 晶振 14 電源穩(wěn)壓電路 電源通過穩(wěn)壓器接入單片機(jī)，穩(wěn)壓器選用 SPX1117低壓差穩(wěn)壓器。 SPX1117低壓差穩(wěn)壓器為一個(gè)低功耗正向電壓調(diào)節(jié)器，具有 流，可以用在一些高效率，小封裝的低功耗設(shè)計(jì)中。這款器件非常適合便攜式電腦及電池供電的應(yīng)用。 SPX1117有很低的靜態(tài)電流，在滿負(fù)載時(shí)其低壓差僅為 。當(dāng)輸出電流減少時(shí)，靜態(tài)電流隨負(fù)載變化，并提高效率。 SPX1117可調(diào)節(jié)，可以選擇 、 、 、 、 、 5V的輸出電壓。 SPX1117提供多種 3引腳封裝： SOT223， TO252， TO220及 TO263。一個(gè) 10181。F的輸出電容可有效地保證穩(wěn)定性，然而在大多數(shù)應(yīng)用中，僅需要一個(gè)更小的 。 SPX1117具有以下一些特性： (電壓可選： 、 、 、 、 、 5V) %線性調(diào)整率 /%負(fù)載調(diào)整率 因?yàn)?MSP430F149的工作電壓范圍為 ～ 。所以 在此次設(shè)計(jì)中， SPX1117的作用是將 5V的電源轉(zhuǎn)化為 電壓輸給單片機(jī)。 為了濾除電壓轉(zhuǎn)換時(shí)的內(nèi)部及外部干擾，在輸入和輸出電壓的接口處都通過一個(gè)極性電容連接電源地。 LED 數(shù)碼顯示電路 LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)與工作原理 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器可以反映系統(tǒng)的工作狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。比較常用的顯示器是由 8只發(fā)光二極管 LED構(gòu)成的八位數(shù)碼顯示器。如圖 44所示。 其中， a～ g用于構(gòu)成 7筆字形， h用于 構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種。共陰極 LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常 將 公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極 LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常 將 公共陽極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被 點(diǎn) 亮，相應(yīng)的段位被顯示。 15 圖 44 LED數(shù)碼管 LED 顯示器的顯示方式 及驅(qū)動(dòng)方式 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用 N個(gè) LED數(shù)碼管構(gòu)成的 LED顯示器。 N位 LED顯示器有 N根位選線和 8N根字選線。根 據(jù)顯示方式的不同，位選線和字選線的連接方式不同，字選線控制字符的選擇，位選線控制顯示字符的亮、暗。 LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。 a. LED靜態(tài)顯示方式 在靜態(tài)顯示方式下，每位的字選線 (a～ h)與一個(gè) 8位端口相連。只要在該位的字選線上出現(xiàn)字形碼，就顯示出相應(yīng)的字符。由于每一位數(shù)碼管由一個(gè)單獨(dú)的 8位端口控制字選碼，故在同一時(shí)間里每一位所顯示的字符可以各不相同。 使用靜態(tài)顯示方式的優(yōu)點(diǎn)在于軟件處理比較容易，缺點(diǎn)是占用 I/O口線太多，在實(shí)際應(yīng)用中不是經(jīng)常使用這種顯示方式。 b. LED動(dòng)態(tài)顯示方式 在一組顯示器中所含數(shù)碼管個(gè)數(shù)較多時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式。這種顯示方式是將所有數(shù)碼管的各字段電極對(duì)應(yīng)地并聯(lián)在一起，由一個(gè)