【正文】 計(jì)的，使用的指令有硬件執(zhí)行的內(nèi)核指令和基于現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)的仿真指令。 (2) 存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)以及外圍模塊的運(yùn)行控制信息。對(duì)程序存儲(chǔ)器總是以字的形式取得代碼，而對(duì)數(shù)據(jù)可以用字或字節(jié)方式訪問。 (3) 外圍模塊：經(jīng)過 MAB、 MDB、 中斷服務(wù)及請(qǐng)求線與 CPU 相連。它們分別是以下一些外圍模塊的組合：時(shí)鐘模塊，看門狗，定時(shí)器 A，定時(shí)器 B，比較器 A，串口 0、 1，硬件乘法器，液晶驅(qū)動(dòng)模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)模轉(zhuǎn)換，端口，基本定時(shí)器， DMA 控制器等 ]8[ 。 在 l6 個(gè)寄存器中，程序計(jì)數(shù)器 PC、堆棧指針 SP、狀態(tài)寄存器 SR 和常數(shù) 發(fā)生器 CGI、 CG2 這 4 個(gè)寄存器有特殊用途。常數(shù)發(fā)生器是為指令執(zhí)行時(shí)提供常數(shù)的，而不是用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。 在 CPU 內(nèi)部有一組 l6 位數(shù)據(jù)總線和 l6 位的地址總線； CPU 運(yùn)行正交設(shè)計(jì)、對(duì)模塊高度透明的精簡指令集； PC、 SR 和 SP 配合精簡指令組所實(shí)現(xiàn)的控制，使應(yīng)用開發(fā)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的尋址模式和軟件算法。因此， RAM、 ROM 和全部外圍模塊都位于同一個(gè)地址空間內(nèi)，即用一個(gè)公共的空間對(duì)全部功能模塊進(jìn)行尋 址?，F(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 33所示。 (2)8位、 16位外圍模塊占用相同范圍的存儲(chǔ)器地址。 (4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都從 0200H處開始。 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)器容量不同，所以起始地址也不同；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。 一、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 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)：采集到的數(shù)據(jù)、輸入的變量、運(yùn)算的中間結(jié)果等。程序代碼必須偶地址尋址。 圖 33 MSP430存儲(chǔ)空間分配 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 三、外圍模塊寄存器 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。這些寄存器也分為字節(jié)結(jié)構(gòu)和字結(jié)構(gòu)，因此，地址空間 0100H~01FFH 留作安排字模塊，地址空間 0010H~00FFH 安排字節(jié)模塊，地址空間0000H~000FH 保存特殊功能寄存器，如表 31 所示。訪問不被占用的內(nèi)存單元也是沒有意義的，不能對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。 表 31 外圍模塊空間分布 01FFH~0100H 16 位外圍模塊 00FFH~0010H 8 位外圍模塊 000FH~0000H 特殊功能寄存器 本章小結(jié) 本章主要介紹了 MSP430 單片機(jī)的一些基本概念以及特點(diǎn)，對(duì) MSP430單片機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單敘述，初步的了解了 MSP430 單片機(jī)，其中MSP430 單片機(jī)片內(nèi)外設(shè)的原理及使用方法沒有在本章詳細(xì)敘述，如MSP430 的各種 I/O 端口，各種定時(shí)器等等，在下一章硬件設(shè)計(jì)中將詳細(xì)敘述它們的原理及使用方法。其 中主要硬件包括 MSP430 單片機(jī)、液晶顯示器、鍵盤、傳感器、上位機(jī)、時(shí)鐘芯片和通訊接口芯片 MAX3222 組成。 其中采集數(shù)據(jù)傳感器采用專用傳感器（蓋格管）檢測現(xiàn)場有害射線含量，鍵盤選擇獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)， 設(shè)置 4 個(gè)按鍵，分別為功能選擇鍵和數(shù)值設(shè)定鍵。通訊接口芯片選用 MAXIM 公司生產(chǎn)的 MAX3222 型號(hào)芯片。 MSP430F4250 傳感器 鍵盤 LCD MAX3222 PC JTEG 報(bào)警 圖 41 系統(tǒng)硬件原理框圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 42 MSP430F4250 管腳布置 其引腳功能如表 41 所示。 TDO/TDI 數(shù)據(jù)輸出或程序數(shù)據(jù)輸入口 TDI/TCLK 測試數(shù)據(jù)或測試時(shí)鐘輸入。 TMS 用作裝置程序和測試的輸入口 TCK 測試時(shí)鐘。 注意： TA0 在這個(gè)引腳僅是輸出 /BSL 接收口 ,捕獲 :CCI0A 輸入 ,比較 :Out0 輸出 / BSL 發(fā)送口 LCDREF/R13 LCD 外部參考電壓輸入 /第三輸入端口 LCD 最大模擬電壓級(jí) LCDCAP/R23 LCD 充電電容 連接口 /第二輸入端口 LCD 最大模擬電壓級(jí) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 續(xù)表 2 S5 LCD 段輸出 5 COM0 公用輸出口， COM03 被用作 LCD 公共輸出端 I/O 端口 在 MSP430F4250 這個(gè)型號(hào)的單片機(jī)中有 P P P5 和 P6 四個(gè) I/O 端口。但只有 P1 和 P2 口具有中斷能力，其每個(gè)引腳信號(hào)都可作為一個(gè)中斷源。這些模塊寄存器位于低端地址，須用字節(jié)指令以絕對(duì)尋址模式訪問。 (1) P1DIR， P2DIR P1 和 P2 端口方向選擇寄存器 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。一般在使用端口時(shí)，都要先定義該寄存器，使引腳的輸入 /輸出第 4 章 有害射線監(jiān)測器的硬件設(shè)計(jì) 21 滿足設(shè)計(jì)者的要求。 圖 43 P1 和 P2 口的結(jié)構(gòu) (2) P1IN， P2IN P1 和 P2 端口輸入寄存器 輸入寄存器是 CPU 掃描 I/O 引腳信號(hào)的只讀寄存器。此時(shí)引腳的方向必須選定為輸入。 可用所有包含目的操作數(shù)的指令修改，以達(dá)到改變 I/O 口狀態(tài)的目的。改變方向寄存器的內(nèi)容，輸出緩存的內(nèi)容不受影響。 P1IE 和 P2IE 的各位定義如下： 0：禁止該位中斷； 1：允許該位中斷。該寄存器的 8 位分別定義了 P1 和 P2 口的 8 個(gè)引腳的中斷觸發(fā)沿。 (6)P1IFG， P2IFG P1 和 P2 端口中斷標(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。 (7) P1SEL， P2SEL P1 和 P2 端口功能選擇寄存器 P1 和 P2 兩端口還具有其他片內(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 P1 和 P2 引腳的方式來實(shí)現(xiàn)。 0：選擇引腳為 I/O 端口； 1：選擇引腳為外圍模塊功能。除掉端口 P1 和 P2 與中斷相關(guān)的 3 個(gè)寄存器，端口 P5 和 P6 有 4 個(gè)寄存器供用戶使用。 每個(gè)端口的 4 個(gè)寄存器分別為： P5 和 P6 端口方向選擇寄存器 (PnDIR)，第 4 章 有害射線監(jiān)測器的硬件設(shè)計(jì) 23 輸入寄存器 (PnIN)，輸出寄存器 (PnOUT)，功能選擇寄存器 (PnSEL)。 定時(shí)器 定時(shí)功能模塊是 MSP430 應(yīng)用系統(tǒng)中經(jīng)常用到 的重要部分，可用來實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、延遲、頻率測量、脈寬測量和信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)檢測等。 MSP430 系列有豐富的定時(shí)器資源：看門狗定時(shí)器 (WDT)，基本定時(shí)器 (Basic Timer1)，定時(shí)器 A(Timer_A)和定時(shí)器 B (Timer_B)等。這些模塊除了都具有定時(shí)功能外，各自還有一些特定用途，在應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)需求選擇多種定時(shí)器模塊。 看門狗定時(shí)器 (WDT) 看門狗定時(shí)器 (WDT)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)定時(shí)器，其主要功能是：當(dāng)程序發(fā)生故障時(shí)能使受控系統(tǒng)重新啟動(dòng)。如果系統(tǒng)不需要看門狗功能，也可將它當(dāng)定時(shí)器使用，當(dāng)?shù)竭_(dá) WDT所定時(shí)的時(shí)間能產(chǎn)生中斷。 WDT 有一個(gè)專門的控制寄存器 WDTCTL， WDTCTL 由兩部分組成：高 8 位被用作口令，低 8 位是對(duì) WDT 操作的控制命令?？诹顬?AH，如果口令寫錯(cuò)將導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位?？芍苯幼x取地址 120H 中的內(nèi)容，讀出數(shù)據(jù)低字節(jié)為 WDTCTL 的值，高字節(jié)始終為 69H。 下面是 WDTCTL 寄存器各位的定義： 15~8 7 6 5 4 3 2 1 0 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 口令 HOLD NMIES NMI TMSEL CNTCL SSEL IS1 IS0 IS0， IS1 選擇看門狗定時(shí)器的定時(shí)輸出。 0： T 152 ； 1： T 132 ； 2： T 92 ； 3： T 62 。 0： SMCLK； 1： ACLK。與其他定時(shí)器不同之處在于， WDT 最多只能定時(shí) 8 種和時(shí)鐘源相關(guān)的時(shí)間。 TMSEL 工作模式選擇。 NMI 選擇 RST /NMI 引腳功能，在 PUC 后被復(fù)位。 NMIES 選擇中斷的邊沿觸發(fā) 方式。 HOLD 停止看門狗定時(shí)器工作，降低功耗。 16 位定時(shí)器 A(Timer_A) TI 推出的所有 MSP430 系列 FLASH 型單片機(jī)都有定時(shí)器 A(Timer_A)，它是程序設(shè)計(jì)的核心。每一個(gè)比較 /捕獲通道都可以以 16 位定時(shí)器的定時(shí)功能為核心進(jìn)行單獨(dú)的控制。 (2) 雖然沒有自動(dòng)重載時(shí)間常數(shù)功能，但產(chǎn)生的定時(shí)脈沖或 PWM（脈寬調(diào)制）信號(hào)沒有軟件帶來的誤差。 (4) 可實(shí)現(xiàn)串行通訊。 (6) 4 種計(jì)數(shù)功能選擇。 (8) 支持多時(shí)序控制。 圖 44 為 Timer_A 結(jié)構(gòu)原理圖。 (2) 捕獲 /比較器：用于捕獲事件發(fā)生的時(shí)間或產(chǎn)生時(shí)間間隔，捕獲比較功能的引入主要是為了提高 I/O 端口處理事務(wù)的能力和速度。 (3) 輸出單元：具有可選的 8 種輸出模式，用于產(chǎn)生用戶需要的輸出信號(hào)。 Timer_A 有豐富的寄存器資源，這里僅介紹 Timer_A 的控制寄存器TACTL，全部關(guān)于定時(shí)器及其操作的控制位都包含在定時(shí)器控制寄存器TACTL 中。 TACTL 各位的定義如下： 15~10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 未用 SSEL1 SSEL0 ID1 ID0 MC1 MC0 未用 CLR TAIE TAIFG SSEL1， SSEL0 選擇定 時(shí)器進(jìn)入輸入分頻器的時(shí)鐘源。 ID1， ID0 輸入分頻選擇。 由 SSEL0 和 SSEL1 兩位選擇時(shí)鐘源，然后再由 ID0 和 ID1 選擇分頻系數(shù)將輸入信號(hào)分頻，分頻后的信號(hào)才用于計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。 00：停止模式； 01：增計(jì)數(shù)模式； 10：連續(xù)計(jì)數(shù)模式； 第 4 章 有害射線監(jiān)測器的硬件設(shè)計(jì) 27 11：增 /減計(jì)數(shù)模式。 TAIE 定時(shí)器中斷允許位。 TAIFG 定時(shí)器溢出標(biāo)志位。 連續(xù)計(jì)數(shù)模式：當(dāng)定時(shí)器由 0FFFFH 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)， TAIFG 置位。 液晶顯示 在單片機(jī)系統(tǒng)中， 比較 常用的顯示 設(shè)備 有：發(fā)光二極管，簡稱 LED(Light Emitting Diode)；液晶顯示器，簡稱 LCD；熒光管顯示器，簡稱 VFD(Vacuum Fluorescents Display)。 段式 LCD 的基本原理 液晶是一種具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物，它即不是固體也不是液體，而是介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)。目前液晶顯示器可分成 3 大種類，分別是扭曲向列型 (Twisted Nematic，簡稱 TN)、超扭曲向列型 (Super Twisted Nematic，簡稱 STN)和彩色薄膜型 (Thin Film Transistors，簡稱 TFT)。 MSP430的液晶顯示有靜態(tài)、 2MUX、 3MUX、 4MUX四種顯示模式，而最常用還是 4MUX模式。這種模式的最大優(yōu)點(diǎn)就是能使用最少的引腳提供最多的液晶顯示段。圖 45表示了4MUX顯示模式下的公共端與驅(qū)動(dòng)端，其中 (a)說明了一個(gè)“ 8”字的四個(gè)公共端， (b)說明了兩個(gè)驅(qū)動(dòng)端，當(dāng)分別給公共端與驅(qū)動(dòng)端液晶信號(hào)時(shí)，就顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)碼 ]12[ 。輸入數(shù)據(jù)、查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，都要用到鍵盤。 微機(jī)鍵盤可分為編碼和非編碼兩種：編碼鍵盤采用硬件線路來實(shí)現(xiàn)鍵盤編碼，每按下一個(gè)鍵，鍵盤能自動(dòng)生成按鍵代碼，鍵數(shù)較多，而且還能由硬件實(shí)現(xiàn)去抖動(dòng)和采取一些保護(hù)措施。 非編碼式鍵盤可分獨(dú)立式鍵盤和行列式鍵盤兩種：獨(dú)立式鍵盤中 ，每個(gè)鍵占用一根 I/O口線，每根 I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它I/O口線上的狀態(tài)。故這種形式適用于按鍵數(shù)量較少的場合；行列式鍵盤又稱矩陣式鍵盤，設(shè)計(jì) 4行 4列 16個(gè)鍵，只占用 8根 I/O口線，所以鍵數(shù)目較多時(shí)，可節(jié)省 I/O 口線。在本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)具體應(yīng)用情況，選擇了 獨(dú)立 式鍵盤。其中功能選擇 為工作模式、參數(shù)設(shè)置模式和報(bào)警模式。其按鍵電路如圖 46所示 ]13[ 。 RS232是使用最早，應(yīng)用最多的一種異步串行通訊總線，它是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì) (Electronic Industries Association)1962年公布的， 1969年最后一次修訂而成。 RS232主要用來定義計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間接口的電氣特性。 許多外部設(shè)備和計(jì)算機(jī)是按照串行方式來進(jìn)行通信的。串行通信可分為同步和異步通信兩種類型。 異步通信是以字符為單位進(jìn)行傳輸?shù)模瑑蓚€(gè)字符之間的傳輸間隔是任意的，所以每個(gè)字符 的前后都要用一些數(shù)位來作為分隔位