《MSP430系列单片机系统工程设计与实践 教学课件 ppt 作者 谢楷 _ 1_第2章 MSP430单片机的内部资源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MSP430系列单片机系统工程设计与实践 教学课件 ppt 作者 谢楷 _ 1_第2章 MSP430单片机的内部资源（191页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、09HO2,主编,第2章 MSP430单片机的内部资源,2.1 MSP430单片机选型 2.2 I/O口 2.3 时钟系统与低功耗模式 2.4 Basic Timer基础定时器 2.5 LCD控制器 2.6 存储器与Flash控制器 2.7 16位ADC 2.8 16位定时器TimerA 2.9 增强型异步串行通信接口,2.1 MSP430单片机选型,MSP430单片机家族型号繁多，TI公司用3或4位数字表示型号，其中第一位数字表示大系列。目前有4个大系列：带有液晶驱动器的MSP430F4xx系列单片机、不带液晶驱动器的MSP430F1xx系列单片机、16MIPS高速MSP430F2xx系列单
2、片机、一次性写入(OTP)型低价MSP430C系列单片机。,2.2 I/O口,2.2.1 I/O口寄存器 2.2.2 I/O口中断 2.2.3 “线与”逻辑 2.2.4 电平冲突 2.2.5 兼容性 2.2.6 电容感应式触控,2.2.1 I/O口寄存器,例2.2.1 在MSP430单片机系统中，P1.5、P1.6、P1.7接有按键，P1.1、P1.3、P1.4接有LED，将 P1.5、P1.6、P1.7的方向设为输入，P1.1、P1.3、P1.4的方向设为输出：,2.2.1 I/O口寄存器,PxDIR寄存器在复位过程中会被清0，没有被设置的I/O口方向均为输入状态，所以第二句也可以省略。注意
3、未用的I/O口线应当设为输出，以降低漏电流。,例2.2.2 在P1.5口接有一按键，按下为低电平。要求判断：若该按键处于按下状态(低电平)，则从P1.1口输出高电平点亮LED。,2.2.1 I/O口寄存器,PxSEL寄存器用于设置每一位I/O的功能：0=普通I/O口 1=第二功能,在MSP430单片机中，很多内部功能模块也需要和外界进行数据交流，为了不增加芯片管脚数量，大部分都和I/O口复用管脚。导致MSP430单片机大多数I/O管脚都具有第二功能。通过寄存器PxSEL可以指定某些I/O管脚作为第二功能使用。例如从DataSheet的管脚排布图中查到MSP430x42x系列单片机的P2.4、P
4、2.5口和串口的TXD、RXD公用管脚。若需要将这两个管脚配置为串口收发脚，则须将P2SEL的4、5位置高：,2.2.1 I/O口寄存器,2.2.2 I/O口中断,在MSP430所有的单片机中，P1口、P2口总共16个I/O口均能作引发中断。在MSP430x42x系列中，14个I/O都属于P1或P2口，因此每个I/O都能作为中断源使用。通过下列两个寄存器配置I/O口作为中断使用： PxIE寄存器用于设置每一位I/O的中断允许： 0=不允许 1=允许 PxIES寄存器用于选择每一位I/O的中断触发沿：0=上升沿1=下降沿,例2.2.3 将P1.5、P1.6、P1.7口设为中断源，下降沿触发：,P
5、xIFG寄存器是I/O中断标志寄存器：0=中断条件不成立 1=中断条件曾经成立过 无论中断是否被允许，也不论是否正在执行中断服务程序，只要对应I/O满足了中断条件(例如一个下降沿的到来)，PxIFG中的相应位都会立即置1并保持，只能通过软件人工清除。这种机制的目的在于最大可能的保证不会漏掉每一次中断。在MSP430系列单片机中，P1口的8个中断和P2口8个中断各公用了一个中断入口，因此该寄存器另一重要作用在于中断服务程序中用于判断哪一位I/O产生了中断。,例2.2.4 在MSP430单片机系统中，P1.5、P1.6、P1.7发生中断后执行不同的代码：,例2.2.4 在MSP430单片机系统中，
6、P1.5、P1.6、P1.7发生中断后执行不同的代码：,图2.2.1 按键过程产生的毛刺,例2.2.5 在MSP430单片机系统中，P1.5、P1.6、P1.7口各接有一只按键(见图2.2.2)。要求按KEY1键时速度变量值增加，按KEY2键时速度降低，按KEY3键时速度变为0。,图2.2.2 用I/O口作键盘输入,2.2.3 “线与”逻辑,MSP430单片机的I/O口是CMOS型，特点是当I/O处于输入状态时，呈高阻态；当I/O处于输出状态时，高低电平都具有较强输出能力。若输出高电平的I/O口和输出低电平的I/O口直接连接，则会因短路造成损坏，不像8051的I/O那样能实现“线与”功能。但可
7、以通过I/O方向切换的方法模拟出来。,2.2.4 电平冲突,例2.2.6 电平冲突的问题经常发生在数据输入和双向数据交换的应用中，要特别注意。例如下面一些代码都很可能是单片机的毁灭者：,2.2.5 兼容性,(1)5V逻辑器件输出至MSP430单片机 这是最简单的一种情况，将5V逻辑通过10k和20k电阻分压后即转换成3V逻辑(见图2.2.3a)。 (2)MSP430单片机输出至5V逻辑器件输入 这种情况首先要看接收器件的高电平门限，一般接收芯片或设备的手册都会给出(VIH值)。 (3)双向数据传输 双向数据传输中，不仅要转换电平，还需要切换方向。 (4)驱动5V以上的逻辑 利用漏级开路的门电路
8、(如74HC07/06等)可以实现逻辑电平的变化，输出端的上拉电阻所接的电压就决定了输出逻辑电平。,图2.2.3 逻辑电平转换电路,2.2.6 电容感应式触控,图2.2.4 电容感应式触控按键的结构与原理,2.2.6 电容感应式触控,图2.2.5 两个触控键公用电阻,2.2.6 电容感应式触控,图2.2.6 常见触控键排列方式,2.3 时钟系统与低功耗模式,2.3.1 时钟系统结构与原理 2.3.2 低功耗模式 2.3.3 低功耗模式的应用,2.3.1 时钟系统结构与原理,MCLK:主时钟(Master Clock)。MCLK是专为CPU运行提供的时钟。 SMCLK:子系统时钟(Subsyst
9、em Master Clock)，也称辅助时钟。 ACLK:活动时钟(Active Clock)。ACLK一般是由32.768kHz晶体直接产生的低频时钟，在单片机运行过程中一般不关闭，用于产生节拍时基，或和定时器配合间歇唤醒CPU。,2.3.1 时钟系统结构与原理,图2.3.1 MSP430F42x/41x系列单片机时钟系统,2.3.1 时钟系统结构与原理,图2.3.2 MSP430F42x单片机时钟振荡器,例2.3.1 MSP430F42x单片机外部接有32.768kHz晶振，为其配置时钟：,例2.3.2 MSP430F42x单片机外部接有1MHz晶振，并要从P1.5输出250kHz时钟给
10、某外部逻辑电路使用：,图2.3.3 MSP430F42x/41x单片机时钟倍频器结构,2.3.1 时钟系统结构与原理,例2.3.3 MSP430F42x单片机外部接有32.768kHz手表晶振，CPU需要2MHz左右时钟频率：,例2.3.4 MSP430F42x单片机外部接有32.768kHz手表晶振，CPU需要2.752MHz时钟频率。2.752MHz是32.768kHz的84倍。因此分频系数N=841=83。,图2.3.4 MSP430F4xx/1xx单片机时 最高钟频率与电源电压关系,2.3.1 时钟系统结构与原理,2.3.2 低功耗模式,表2.3.1 MSP430F42x单片机低功耗模
11、式,2.3.2 低功耗模式,表2.3.2 MSP430F42x单片机低功耗模式与时钟的关系,2.3.2 低功耗模式,2.3.3 低功耗模式的应用,(1)间歇工作 (2)替代程序流程中的等待过程 (3)作为电源开关,(1)间歇工作,实际的系统中，很多设备都不必一直连续工作，让大部分设备间歇工作，并尽可能延长工作时间间隔、减少活动时间、加深休眠深度。这是超低功耗系统设计最重要的方法。,(2)替代程序流程中的等待过程,MSP430单片机中，几乎所有的设备都能产生中断，目的在于让CPU无需查询也能等待设备。方法是用休眠替代查询等待，设备在发生状态变化时将会主动唤醒CPU进行后续的处理。,(3)作为电源
12、开关,在所有的休眠模式中，LPM4的功耗是最低的，仅0.1A。进入LPM4后单片机内部所有的部件都不再活动，仅保持RAM内数据和I/O口状态不变。利用LPM4可以在不切断电源的情况下实现“软件关机”。,2.4 Basic Timer基础定时器,2.4.1 Basic Timer结构与原理 2.4.2 Basic Timer中断 2.4.3 Basic Timer的应用,2.4.1 Basic Timer结构与原理,图2.4.1 MSP430F4xx单片机Basic Timer结构图,例2.4.1 在某MSP430单片机系统中，ACLK时钟频率为32.768kHz。用Basic Timer定时器
13、产生周期为1/4s的定时中断，同时为LCD提供512Hz的刷新时钟。,例2.4.2 在某MSP430单片机系统中，ACLK时钟频率为32.768kHz。用Basic Timer定时器产生周期为1/1024s的定时中断，同时为LCD提供256Hz的刷新时钟。,2.4.2 Basic Timer中断,在Basic Timer第二级分频器的8个输出抽头中，被选中的抽头每次由0到1的跳变(计数进位)会产生中断标志。,例2.4.3 在某430单片机系统中，ACLK时钟频率为32.768kHz。用Basic Timer定时器让P2.0口上的LED每秒闪烁一次，同时为LCD提供256Hz的刷新时钟。,2.4
14、.3 Basic Timer的应用,(1)周期性唤醒CPU 当MSP430单片机系统进入低功耗模式后，周期性地将其唤醒，查询是否有需要处理的事件，这种方法叫做定时查询。 (2)产生延时 利用BasicTimer可以设计超低功耗的延迟函数。 (3)RTC计时 BasicTimer 的结构就是一个二进制计数器，而作为时钟源的低频晶振一般都是32.768kHz(215Hz)，经过分频后恰好能产生(1/2N)s的定时节拍。 (4)获得更高分辨率 BasicTimer的结构使得它适合产生(1/2N)s的定时中断。,例2.4.5 编写延时程序，要求延时期间CPU休眠，以降低功耗。,例2.4.6 在某MSP
15、430单片机系统中，ACLK时钟频率为32.768kHz。用BasicTimer定时器产生0.75s的定时中断。,例2.4.7 在某430单片机系统中，ACLK时钟频率为32.768kHz。用BasicTimer定时器为0.25s、0.5s、0.75s、1.5s共4个定时服务程序提供时钟节拍。,2.5 LCD控制器,2.5.1 LCD的工作原理 2.5.2 LCD与MSP430单片机的连接 2.5.3 LCD控制器的结构与原理 2.5.4 LCD的显示缓存 2.5.5 LCD控制器的应用,2.5.1 LCD的工作原理,图2.5.1 LCD剖面示意图,2.5.2 LCD与MSP430单片机的连接
16、,MSP430F4xx系列单片机的LCD控制器支持静态、2-MUX、3-MUX、4-MUX这4种驱动方式，不同方式下硬件连接关系略有不同，其中静态方式与4-MUX方式最常用，3-MUX方式极罕见，本书略。单片机与LCD相关的管脚分为以下3组： 1)COM0COM3：公共端，与LCD的COM端相连。 2)S0S31：段驱动，与LCD的SP端相连。 3)R03、R13、R23、R33：由外部分压电阻提供LCD驱动波形所需偏压V1V5。,图2.5.2 静态驱动方式LCD与单片机的连接,2.5.2 LCD与MSP430单片机的连接,图2.5.3 2-MUX驱动方式LCD与单片机的连接,2.5.2 LCD与MSP430单片机的连接,图2.5.4 4-MUX驱动方式LCD与单片机的连接,2.5.2 LCD与MSP430单片机的连接,2.5.3 LCD控制器的结构与原理,图2.5.5 LCD控制器内部结构,例2.5.1 某MSP430单片机系统，接有4位数字的静态LCD，为其配置LCD控制器。,例2.5.2 某MSP430单片机系统，接有6位
