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1、电子系统设计基础讲义吉林化工学院信控学院电工电子教学与实验中心刘刚2009-3-29目录第一部分MSP430单片机基础41MSP430系列单片机简介41.1 MSP430系列单片机的特点41.2 MSP430单片机结构概述41.3 MSP430F41X51.4 MSP430F413存储器和地址空间分配82C语言程序调试环境123低功耗结构及各功能模块193.1 低功耗结构193.2 PIO端口203.3 看门狗定时器203.4 定时器A213.4.1 定时器A特性213.4.2 定时器A结构223.4.3 定时器工作模式233.4.4 输出单元233.4.5 Timer_A实现PWM243.5
2、 液晶驱动模块26第二部分MSP430单片机应用实例28第一讲 MSP430系列单片机结构28第二讲 时钟小系统程序设计34第三讲 直流电机变速驱动小系统44第四讲 单相正弦逆变电源设计50第五讲 MSP430F169小系统和波形发生器55第六讲 MSP430F169控制的寻迹电动小车61第八讲 电子系统设计编程基础73第九讲 A/D转换器ADC0804与MSP430F413接口电路及程序设计81第十讲 A/D转换器7135与MSP430F413接口电路及程序设计87第七讲 相位差测量仪88第六讲 直流电机自动调速系统103第六讲 -型A/D转换器设计、AD7135读入方法104第七讲 MSP
3、430F413控制电动避障小车设计105第八讲MSP430F413与点阵显示器LCM12864接口112第九讲 电阻测温仪设计121第十讲 MSP430F449控制的电动小车121第十一讲 双路正弦（任意）波形发生器122第十二讲 频率计设计125附录1直流电机变速驱动小系统程序程序清单126附录2双路移相交流信号发生器程序131附录3单相逆变电源程序清单137附录4交流电源供电直流电机调速控制程序清单142附录5 MSP430F169交变信号发生器程序清单147附录6 逆变与DC_DC控制程序清单151第一部分MSP430单片机基础1MSP430系列单片机简介1.1 MSP430系列单片机的
4、特点MSP430系列单片机是德州仪器公司于上世纪九十年代开发出的产品，已在许多领域得到了广泛应用。MSP430系列单片机具有以下主要特点：l 超低功耗。 l 强大的处理能力。 l 高性能模拟技术及丰富的片上外围模块。 l 方便高效的开发环境。l 系列化产品。MSP430系列单片机的各系列产品型号、研发顺序如图1.1.1所示： 图1.1.1 MSP430系列单片机各系列产品1.2 MSP430单片机结构概述MSP430系列单片机结构框图如图1.2.1所示，其结构特点如下：l 16位CPU通过总线连接到存储器和外围模块。 l 直接嵌入仿真处理，具有JTAG接口。 l 16位数据宽度，数据处理更为有
5、效。 图1.2.1 MSP430系列单片机结构框图MSP430系列单片机包含以下主要功能部件： l CPU：MSP430系列单片机的CPU和通用微处理器基本相同，只是在设计上采用了面向控制的结构和指令系统。MSP430的内核CPU结构是按照精简指令集和高透明的宗旨而设计的，使用的指令有硬件执行的内核指令和基于现有硬件结构的仿真指令。这样可以提高指令执行速度和效率，增强了MSP430的实时处理能力。 l 存储器：存储程序、数据以及外围模块的运行控制信息。分为程序存储器和数据存储器。对程序存储器访问总是以字的形式取得代码，而对数据可以用字或字节方式访问。其中MSP430各系列单片机的程序存储器有R
6、OM、OTP、EPROM和FLASH型。 l 外围模块（片内外设）：经过MAB、MDB、中断服务及请求线与CPU相连。MSP430不同系列产品所包含外围模块的种类及数目可能不同。它们分别是以下一些外围模块的组合：时钟模块、看门狗模块、定时器A、定时器B、比较器A、串口0、1、硬件乘法器、液晶驱动器、模数转换器、数模转换器、输入输出端口、基本定时器、DMA控制器等。 1.3 MSP430F41X MSP430X41X系列单片机结构框图如图1.3.1所示，外型如图1.3.2所示： 图1.3.1 MSP430X41X系列单片机结构框图图1.3.2 MSP430X41X系列单片机外形图现以MSP430
7、F413为例说明芯片引脚定义。MSP430F413各引脚定义如表1.3.1所示。表1.3.1 MSP430F413引脚定义引脚名称引脚编号I/O描述AVCC64模拟正电源端，向电压检测电路，晶体振荡电路，所频环电路，比较器A，端口1，以及液晶分压电阻网络供电，上电不必早于DVCC。AVSS62内部连接于DVSS。DVCC1数字正电源端，提供所有部件电源（由AVCC供电的除外）。DVSS63数字地，所有部件的接地端（由AVCC/AVSS供电的除外）。NC7、10、11空脚P1.0/TA053I/O通用数字I/O；定时器_A，捕获方式：CCIOA输入；比较方式：OUT0输出。P1.1/TA0/MC
8、LK52I/O通用数字I/O；定时器_A，捕获方式：CCIOB输入；MCLK输出。注意：在这个引脚上TA0只能输入。P1.2/TA151I/O通用数字I/O；定时器_A，捕获方式：CCI1A输入；比较方式：OUT1输出。P1.3/SVSOut50I/O通用数字I/O；SVS：SVS比较输出端。P1.449I/O通用数字I/O。P1.5/TACLK/ACLK48I/O通用数字I/O；定时器_A输入时钟；ACLK输出。P1.6/CA047I/O通用数字I/O；比较器_A输入端。P1.7/CA146I/O通用数字I/O；比较器_A输入端。P2.0/TA245I/O通用数字I/O；定时器_A，捕获方式
9、：CCI2A输入；比较方式：OUT2输出。P2.144I/O通用数字I/O。P2.2/S2335I/O通用数字I/O；LCD段23输出端（见注1）。P2.3/S2234I/O通用数字I/O；LCD段22输出端（见注1）。P2.4/S2133I/O通用数字I/O；LCD段21输出端（见注1）。P2.5/S2032I/O通用数字I/O；LCD段20输出端（见注1）。P2.6/CAOUT/S1931I/O通用数字I/O；比较器A输出端；LCD段19输出端（见注1）。P2.7/S1830I/O通用数字I/O；LCD段18输出端（见注1）。P3.0/S1729I/O通用数字I/O；LCD段17输出端（见
10、注1）。P3.1/S1628I/O通用数字I/O；LCD段16输出端（见注1）。P3.2/S1527I/O通用数字I/O；LCD段15输出端（见注1）。P3.3/S1426I/O通用数字I/O；LCD段14输出端（见注1）。P3.4/S1325I/O通用数字I/O；LCD段13输出端（见注1）。P3.5/S1224I/O通用数字I/O；LCD段12输出端（见注1）。P3.6/S1123I/O通用数字I/O；LCD段11输出端（见注1）。P3.7/S1022I/O通用数字I/O；LCD段10输出端（见注1）。P4.0/S921I/O通用数字I/O；LCD段9输出端（见注1）。P4.1/S820I
11、/O通用数字I/O；LCD段8输出端（见注1）。P4.2/S719I/O通用数字I/O；LCD段7输出端（见注1）。P4.3/S618I/O通用数字I/O；LCD段6输出端（见注1）。P4.4/S517I/O通用数字I/O；LCD段5输出端（见注1）。P4.5/S416I/O通用数字I/O；LCD段4输出端（见注1）。P4.6/S315I/O通用数字I/O；LCD段3输出端（见注1）。P4.7/S214I/O通用数字I/O；LCD段2输出端（见注1）。P5.0/S113I/O通用数字I/O；LCD段1输出端（见注1）。P5.1/S012I/O通用数字I/O；LCD段0输出端（见注1）。COM0
12、36OLCD公共输出端COM0 P5.2/COM137I/O通用数字I/O；LCD公共输出端COM1。P5.3/COM238I/O通用数字I/O；LCD公共输出端COM2。P5.4/COM339I/O通用数字I/O；LCD公共输出端COM3。R0340ILCD模拟电平第四极输入端（最低电平V5）。P5.5/R1341I/O通用数字I/O；LCD模拟电平第三极输入端（最低电平V3或V4）。P5.6/R2342I/O通用数字I/O；LCD模拟电平第二极输入端（最低电平V2）。P5.7/R3343I/O通用数字I/O；LCD模拟电平第一极输入端（最低电平V1）。P6.059I/O通用数字I/O。P6
13、.160I/O通用数字I/O。P6.261I/O通用数字I/O。P6.32I/O通用数字I/O。P6.43I/O通用数字I/O。P6.54I/O通用数字I/O。P6.65I/O通用数字I/O。P6.76I/O通用数字I/O。RES/NMI58 I抚慰输入或非屏蔽中断输入端。TCK57I测试时钟端。TCK是芯片编程和测试的时钟输入端。TDI55I测试数据输入端。TDI用作数据输入，芯片的保护熔丝与TDI相连。TDO/TDI54I/O测试数据输出端，TDO/TDI用作数据输出或编程数据输入端。TMS56I测试模式选择端。TMS在芯片编程和测试时是输入端。XIN8I基本振荡器XT1输入端。可以连接标
14、准晶体或晶体振荡器。XOUT/TCLK9I/O晶体振荡器XT1输出端或测试时钟输入端。注1：当LCD模块控制位置位，不需要PxSEL位设置，LCD功能自动被选择。1.4 MSP430F413存储器和地址空间分配对于MSP430系列产品中不同型号的单片机，地址空间分配也不相同。但都包含以下几个部分：程序存储器、信息存储器、引导存储器、数据存储器、外围模块寄存器和特殊功能寄存器等。l 程序存储器：存储程序、中断向量。对程序存储器访问总是以字的形式取得代码。其中MSP430各系列单片机的程序存储器有ROM、OTP、EPROM和FLASH型。程序存储器地址由0FFFFh指向低位地址。MSP430系列产品中不
