1.1?MSP430單片機(jī)的架構(gòu)

? ? ? ?單片機(jī)是一個(gè)綜合的模擬和數(shù)字系統(tǒng)，根據(jù)其豐富的片上資源，再添加一些外圍電路，通過軟件編程后就可以完成檢測(cè)、控制等任務(wù)，形成一個(gè)實(shí)用的電子裝置或設(shè)備。MSP430是美國德州儀器公司（TI，Texas Instruments）推出的系列單片機(jī)，因其超低功耗和豐富的片上資源而受到業(yè)界的廣泛推崇和應(yīng)用。MSP430單片機(jī)是一個(gè)混合信號(hào)處理器（MSP的英文意思是Mixed Signal Processor）,它的內(nèi)部有一個(gè)16位的RISC（精簡(jiǎn)指令集,Reduced Instruction Set Computer）CPU、許多外圍模塊、和一個(gè)靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)，通過一個(gè)共用的馮·諾依曼存儲(chǔ)地址總線（MAB）和一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)總線（MDB）相互連接。

1.1.1 MSP430單片機(jī)的特點(diǎn)和框圖

MSP430單片機(jī)的特點(diǎn) （以MSP430G2x53系列為例）

·低供電電壓范圍：1.8V至3.6V

·超低功耗

活躍模式（Active Mode）：在1MHz和2.2V供電下，230uA

備用模式（Standby Mode）：0.5uA

關(guān)閉模式（Off Mode）：0.1uA

·五個(gè)節(jié)能模式

·從備用狀態(tài)超快速喚醒，喚醒時(shí)間少于1uS

·16位精簡(jiǎn)指令結(jié)構(gòu)，指令周期時(shí)間62.5nS

·基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊設(shè)置

? ? -內(nèi)部頻率可達(dá)16MHz，并有4個(gè)校準(zhǔn)的頻率

? ? -內(nèi)部非常低耗低頻（LF）振蕩器

? ? -32 kHz 晶振

? ? -外部數(shù)字時(shí)鐘源

·兩個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有3個(gè)捕獲/比較寄存器

·可達(dá)24個(gè)電容觸摸使能的I/O管腳

·通用串行通信接口（USCI）

? ? -增強(qiáng)的UART，支持自動(dòng)波特率檢測(cè)（LIN）

? ? -IrDA編碼器和解碼器

? ? -同步SPI

? ? -I2C

·片上比較器，用于模擬信號(hào)比較功能或者斜坡（Slope）模數(shù)轉(zhuǎn)換

·10位200-ksps（每秒20萬采樣率）的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，有內(nèi)部參考電壓，采樣和保持以及自動(dòng)掃描（Autoscan）

·欠壓檢測(cè)器（Brownout Detector）

·串行板上（Onboard）編程，無需外部編程電壓，通過安全熔絲可編程的代碼保護(hù)

·有Spy-Bi-Wire接口的片上仿真邏輯

·封裝選擇

-TSSOP：20腳，28腳

-PDIP：20腳

-QFN：32腳

? ? ? ?MSP430G2x53系列的方框圖如圖1.1所示，對(duì)于不同的封裝其內(nèi)部的模塊有所變化。

圖1.1 ?MSP430G2x53系列的方框圖

? ? ? ?圖1.1中，左上角為時(shí)鐘系統(tǒng)，可以產(chǎn)生ACLK、SMCLK、MCLK三個(gè)時(shí)鐘，其中ACLK、SMCLK可用于外圍模塊，MCLK用于CPU和系統(tǒng)。然后自左向右為Flash和RAM存儲(chǔ)區(qū)、十位ADC、端口P1、P2和P3，其中P1和P2具有中斷能力。另外，P1、P2和P3這三個(gè)端口都有內(nèi)置的上/下拉電阻。最左側(cè)中間為16位的CPU，最高頻率為16MHz，CPU內(nèi)部包含16個(gè)寄存器。左下角為仿真及JTAG接口等。圖1.1的下方自左向右又依次為欠壓保護(hù)、比較器A+、看門狗WDT+、定時(shí)器0_A3、定時(shí)器1_A3和USCI A0 及USCI B0。CPU和各個(gè)外圍模塊間通過存儲(chǔ)器地址總線（MAB）和存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線（MDB）進(jìn)行連接。

1.1.2 ?CPU簡(jiǎn)介

? ? ? ?由圖1.2可見，CPU的主要部件是一個(gè)16位的算術(shù)邏輯單元（16-bit ALU，ALU—Arithmetic Logic Unit），這個(gè)ALU就完成了所有的數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，類似于我們的大腦，能進(jìn)行運(yùn)算和對(duì)事物的判斷等。注意圖中ALU的運(yùn)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一些零（Z）、進(jìn)借位（C）、溢出（V）、負(fù)（N）的標(biāo)志位，這些信息是程序中需要判斷并以此決定程序進(jìn)程的一些條件，特別是用匯編語言時(shí)，經(jīng)常要跟這些標(biāo)志位打交道。

? ? ? ?CPU中除了ALU，自上而下是16個(gè)寄存器R0~R15。這些寄存器中，R4~R15是一般的寄存器（General Purpose），R0~R3是比較特殊的。其中R0稱為PC（Program Counter），即程序計(jì)數(shù)器，這個(gè)部件很關(guān)鍵，它就是一個(gè)指揮棒，引導(dǎo)著CPU的運(yùn)行，而且CPU每執(zhí)行完一條指令，PC就自動(dòng)加2（或加4、加6），并指向下一條指令（地址），CPU再執(zhí)行完這條指令，PC又自動(dòng)增加，再指向下一條指令，使整個(gè)程序被逐條的執(zhí)行下去。

圖1.2 ?CPU的方框圖

? ? ? ?R1稱為SP（Stack Pointer），即堆棧指針。什么是堆棧呢？看一下倉庫或車站、碼頭里的貨物，都是一層一層疊放的，那就是堆棧。計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）處理數(shù)據(jù)時(shí)需要把數(shù)據(jù)臨時(shí)存放在一些存儲(chǔ)區(qū)域中，就像疊放貨物一樣，一個(gè)一個(gè)地放進(jìn)去，再一個(gè)一個(gè)地取出來，叫做壓棧和出棧。這個(gè)堆棧指針就指向棧頂，并隨著棧頂?shù)母淖兌詣?dòng)變化，它永遠(yuǎn)指向棧頂。這樣，程序中就可以通過堆棧指針來找到需要操作和處理的數(shù)據(jù)。這一般是匯編語言編程的事情了，我們用C語言時(shí)是不用管這些事情的，CCS或IAR這些開發(fā)環(huán)境已經(jīng)在后臺(tái)為我們處理好這些事情了，這也是C語言編程的好處之一（你不用管太多的事情，專注于你的程序就行了）。

? ? ? ?R2稱為SR（Status Register），即狀態(tài)寄存器。狀態(tài)寄存器隨時(shí)記錄著程序運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的各種信息，比如前面提到的計(jì)算結(jié)果為0（Z）、進(jìn)借位（C）、負(fù)（N）、溢出（V）等，還有CPU及晶振的狀態(tài)等。匯編語言中需要通過SR來獲取這些信息，并進(jìn)行相應(yīng)的判斷和處理。

? ? ? ?R2和R3還聯(lián)合在一起產(chǎn)生一些常用的常數(shù)。稱為常數(shù)發(fā)生器CG1，CG2，（CG即Constant Generator），這些常數(shù)配合其它指令可以產(chǎn)生一些高效的模擬指令。

? ? ? ?R4~R15是通用寄存器，如果你用匯編的話，這十二個(gè)寄存器就是你天天要打交道的對(duì)象了，數(shù)據(jù)的傳遞和獲取經(jīng)常要在這些寄存器中進(jìn)行。

1.1.3 ?存儲(chǔ)器地址空間

? ? ? ?MSP430采用馮-諾依曼的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（另一種叫哈佛結(jié)構(gòu)），其寄存器、代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的地址都統(tǒng)一安排在同一個(gè)大的存儲(chǔ)空間，如圖1.3中的0h~1FFFFh，總存儲(chǔ)空間為128KB。其中，代碼的存取總是在偶數(shù)地址，數(shù)據(jù)的存取可為字節(jié)或字。前面提到的R0~R15又叫特殊功能寄存器（SFR，Special Function Registers）,分布在0h~0Fh地址，它們的家就在那兒。再往上是8位的外圍模塊區(qū)，在010h~0FFh地址；16位的外圍模塊區(qū)，在0100h~01FFh地址。然后是RAM區(qū)，從0200h地址開始，其結(jié)束的地址取決于RAM區(qū)的大小，不同的器件其結(jié)束地址不同。RAM可用于存儲(chǔ)代碼或數(shù)據(jù)。Flash/ROM區(qū)的起始地址取決于Flash/ROM區(qū)的大小，不同的器件其起始地址不同，對(duì)于Flash/ROM區(qū)小于60KB的器件，其Flash/ROM區(qū)的結(jié)束地址為0FFFFh。Flash可用于存儲(chǔ)代碼和數(shù)據(jù)，字或字節(jié)表可存儲(chǔ)于并用于Flash/ROM中，在使用前無需復(fù)制表到RAM中。中斷向量表（Interrupt Vector Table，即各中斷的入口地址）被安排在Flash/ROM地址空間的高端16個(gè)字中，最高優(yōu)先級(jí)的中斷向量在Flash/ROM的最高字地址0FFFEh。每個(gè)字占用2個(gè)字節(jié)，最高優(yōu)先級(jí)的中斷向量占用0FFFEh和0FFFFh兩個(gè)字節(jié)，因此，其起始地址為0FFFEh。另一片F(xiàn)lash/ROM區(qū)分布在10000h~1FFFFh。

圖1.3? 存儲(chǔ)器圖

1.1.4 ?存儲(chǔ)器組織

? ? ? ?如圖1.4所示，字節(jié)位于奇數(shù)或偶數(shù)地址，字只能位于偶數(shù)地址。一個(gè)字節(jié)由八位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，就像八個(gè)格子，每個(gè)格子里的數(shù)要么是1，要么是0，只有這兩種狀態(tài)。字是由兩個(gè)字節(jié)組成的，分別稱為低字節(jié)和高字節(jié)。一個(gè)字的低字節(jié)永遠(yuǎn)是一個(gè)偶數(shù)地址，其高字節(jié)為下一個(gè)奇數(shù)地址。例如，如果一個(gè)數(shù)據(jù)字位于xxx4h地址，則這個(gè)數(shù)據(jù)的低字節(jié)位于xxx4h，其高字節(jié)位于xxx5h。位（Bit）、字節(jié)（Byte）、字（Word）之間的關(guān)系請(qǐng)看圖1.4所示。

圖1.4? 用字節(jié)組織的存儲(chǔ)器中的位、字節(jié)和字

1.2?MSP430G2 LaunchPad簡(jiǎn)介

? ? ?為便于初學(xué)者應(yīng)用和開發(fā)MSP430單片機(jī)，TI公司推出了許多單片機(jī)的開發(fā)板，MSP430G2 LaunchPad即為其中的一款針對(duì)G2系列的開發(fā)實(shí)驗(yàn)板。圖1.5為該開發(fā)板的實(shí)物圖，圖中虛線的上方為仿真器部分，通過USB接口可直接與電腦相連，調(diào)試好的程序可以通過該仿真器直接下載到開發(fā)板的單片機(jī)中運(yùn)行。虛線下方為單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板，單片機(jī)的20個(gè)管腳都通過插排對(duì)外引出，并帶有一個(gè)復(fù)位鍵。P1.3管腳外接了一個(gè)按鍵，P1.0和P1.6通過跳線分別連接了一個(gè)紅色和綠色的LED。

圖1.5 ?MSP430G2 LaunchPad實(shí)物圖

? ? ? ? 圖1.6為該開發(fā)板的原理圖（不包括仿真器部分）。

圖1.6? MSP430G2 LaunchPad原理圖

? ? ? ?MSP430G2開發(fā)板雖小，但我們可以外接按鍵、傳感器、無線模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、LCD等，形成一個(gè)完整的檢測(cè)或控制系統(tǒng)。圖1.7為對(duì)開發(fā)板各個(gè)部分的說明。

圖1.7 MSP430G2 LaunchPad各部分說明

? ? ? ?上述對(duì)MSP430單片機(jī)的介紹及對(duì)LaunchPad開發(fā)板的說明，簡(jiǎn)單了解即可。我們?cè)诤罄m(xù)的討論中會(huì)逐步展開、掌握和應(yīng)用的。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-841036.html

到了這里，關(guān)于MSP430單片機(jī)C語言編程與實(shí)踐（入門篇）之一 ----MSP430單片機(jī)簡(jiǎn)介和LaunchPad開發(fā)板的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！