MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用TI公司的MSP430系列微控制器是一个近期推出的单片机品种。它在超低功耗和功能集成上都有一定的特色，尤其适合应用在自动信号采集系统、液晶显示智能化仪器、电池供电便携式装置、超长时间连续工作设备等领域。《MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用》对这一系列产品的原理、结构及内部各功能模块作了详细的说明，并以方便工程师及程序员使用的方式提供软件和硬件资料。由于MSP430系列的各个不同型号基本上是这些功能模块的不同组合，因此，掌握《MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用》的内容对于MSP430系列的原理理解和应用开发都有较大的帮助。《MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用》的内容主要根据TI公司的《MSP430 Family Architecture Guide and Module Library》一书及其他相关技术资料编写。 《MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用》供高等院校自动化、计算机、电子等专业的教学参考及工程技术人员的实用参考，亦可做为应用技术的培训教材。MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用 目录 第1章 MSP430系列1.1 特性与功能1.2 系统关键特性1.3 MSP430系列的各种型号??第2章 结构概述2.1 CPU2.2 代码存储器?2.3 数据存储器2.4 运行控制?2.5 外围模块2.6 振荡器、倍频器和时钟发生器??第3章 系统复位、中断和工作模式?3.1 系统复位和初始化3.2 中断系统结构3.3 中断处理3.3.1 SFR中的中断控制位3.3.2 外部中断3.4 工作模式3.5 低功耗模式3.5.1 低功耗模式0和模式13.5.2 低功耗模式2和模式33.5.3 低功耗模式43.6 低功耗应用要点??第4章 存储器组织4.1 存储器中的数据4.2 片内ROM组织4.2.1 ROM表的处理4.2.2 计算分支跳转和子程序调用4.3 RAM与外围模块组织4.3.1 RAM4.3.2 外围模块--地址定位4.3.3 外围模块--SFR??第5章 16位CPU?5.1 CPU寄存器5.1.1 程序计数器PC5.1.2 系统堆栈指针SP5.1.3 状态寄存器SR5.1.4 常数发生寄存器CG1和CG2?5.2 寻址模式5.2.1 寄存器模式5.2.2 变址模式5.2.3 符号模式5.2.4 绝对模式5.2.5 间接模式5.2.6 间接增量模式5.2.7 立即模式5.2.8 指令的时钟周期与长度5.3 指令集概述5.3.1 双操作数指令5.3.2 单操作数指令5.3.3 条件跳转5.3.4 模拟指令的简短格式5.3.5 其他指令5.4 指令分布??第6章 硬件乘法器?6.1 硬件乘法器的操作6.2 硬件乘法器的寄存器6.3 硬件乘法器的SFR位6.4 硬件乘法器的软件限制6.4.1 硬件乘法器的软件限制--寻址模式6.4.2 硬件乘法器的软件限制--中断程序??第7章 振荡器与系统时钟发生器?7.1 晶体振荡器7.2 处理机时钟发生器7.3 系统时钟工作模式7.4 系统时钟控制寄存器7.4.1 模块寄存器7.4.2 与系统时钟发生器相关的SFR位7.5 DCO典型特性??第8章 数字I/O配置?8.1 通用端口P08.1.1 P0的控制寄存器8.1.2 P0的原理图8.1.3 P0的中断控制功能8.2 通用端口P1、P28.2.1 P1、P2的控制寄存器8.2.2 P1、P2的原理图8.2.3 P1、P2的中断控制功能8.3 通用端口P3、P48.3.1 P3、P4的控制寄存器8.3.2 P3、P4的原理图8.4 LCD端口8.5 LCD端口--定时器/端口比较器??第9章 通用定时器/端口模块?9.1 定时器/端口模块操作9.1.1 定时器/端口计数器TPCNT1--8位操作9.1.2 定时器/端口计数器TPCNT2--8位操作9.1.3 定时器/端口计数器--16位操作9.2 定时器/端口寄存器9.3 定时器/端口SFR位9.4 定时器/端口在A/D中的应用9.4.1 R/D转换原理9.4.2 分辨率高于8位的转换??第10章 定时器?10.1 Basic Timer110.1.1 Basic Timer1寄存器10.1.2 SFR位10.1.3 Basic Timer1的操作10.1.4 Basic Timer1的操作--LCD时钟信号fLCD?10.2 8位间隔定时器/计数器10.2.1 8位定时器/计数器的操作10.2.2 8位定时器/计数器的寄存器10.2.3 与8位定时器/计数器有关的SFR位10.2.4 8位定时器/计数器在UART中的应用10.3 看门狗定时器11.1.3 比较模式11.1.4 输出单元11.2 TimerA的寄存器11.2.1 TimerA控制寄存器TACTL11.2.2 捕获/比较控制寄存器CCTL11.2.3 TimerA中断向量寄存器11.3 TimerA的应用11.3.1 TimerA增计数模式应用11.3.2 TimerA连续模式应用11.3.3 TimerA增/减计数模式应用11.3.4 TimerA软件捕获应用11.3.5 TimerA处理异步串行通信协议11.4 TimerA的特殊情况11.4.1 CCR0用做周期寄存器11.4.2 定时器寄存器的启/停11.4.3 输出单元Unit0??第12章 USART外围接口--UART模式?12.1 异步操作12.1.1 异步帧格式12.1.2 异步通信的波特率发生器12.1.3 异步通信格式12.1.4 线路空闲多处理机模式12.1.5 地址位格式12.2 中断与控制功能12.2.1 USART接收允许12.2.2 USART发送允许12.2.3 USART接收中断操作12.2.4 USART发送中断操作12.3 控制与状态寄存器12.3.1 USART控制寄存器UCTL12.3.2 发送控制寄存器UTCTL12.3.3 接收控制寄存器URCTL12.3.4 波特率选择和调制控制寄存器12.3.5 USART接收数据缓存URXBUF12.3.6 USART发送数据缓存UTXBUF12.4 UART模式--低功耗模式应用特性12.4.1 由UART帧启动接收操作12.4.2 时钟频率的充分利用与UART模式的波特率12.4.3 节约MSP430资源的多处理机模式12.5 波特率的计算??第13章 USART外围接口--SPI模式?13.1 USART的同步操作13.1.1 SPI模式中的主模式--MM=1、SYNC=113.1.2 SPI模式中的从模式--MM=0、SYNC=113.2 中断与控制功能13.2.1 USART接收允许13.2.2 USART发送允许13.2.3 USART接收中断操作13.2.4 USART发送中断操作13.3 控制与状态寄存器13.3.1 USART控制寄存器13.3.2 发送控制寄存器UTCTL13.3.3 接收控制寄存器URCTL13.3.4 波特率选择和调制控制寄存器13.3.5 USART接收数据缓存URXBUF13.3.6 USART发送数据缓存UTXBUF??第14章 液晶显示驱动?14.1 LCD驱动基本原理14.2 LCD控制器/驱动器14.2.1 LCD控制器/驱动器功能14.2.2 LCD控制与模式寄存器14.2.3 LCD显示内存14.2.4 LCD操作软件例程14.3 LCD端口功能14.4 LCD与端口模式混合应用实例??第15章 A/D转换器?15.1 概述15.2 A/D转换操作15.2.1 A/D转换15.2.2 A/D中断15.2.3 A/D量程15.2.4 A/D电流源15.2.5 A/D输入端与多路切换15.2.6 A/D接地与降噪15.2.7 A/D输入与输出引脚15.3 A/D控制寄存器??第16章 其他模块16.1 晶体振荡器16.2 上电电路16.3 晶振缓冲输出??附录A 外围模块地址分配?附录B 指令集描述?B1 指令汇总B2 指令格式B3 不增加ROM开销的指令模拟B4 指令说明B5 用几条指令模拟的宏指令??附录C EPROM编程?C1 EPROM操作C2 快速编程算法C3 通过串行数据链路应用\"JTAG\"特性的EPROM模块编程C4 通过微控制器软件实现对EPROM模块编程??附录D MSP430系列单片机参数表?附录E MSP430系列单片机产品编码?附录F MSP430系列单片机封装形式?
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一、实验目的１．掌握定时/计数器、输入/输出接口电路设计方法。 ２．掌握中断控制编程技术的方法和应用。３．掌握8086汇编语言程序设计方法。 二、实验内容与要求 微机灯光控制系统主要用于娱乐场所的彩灯控制。系统的彩灯共有12组，在实验时用12个发光二极管模拟。1. 基本要求：灯光控制共有8种模式，如12个灯依次点亮；12个灯同时闪烁等八种。系统可以通过键盘和显示屏的人机对话，将8种模式进行任意个数、任意次序的连接组合。系统不断重复执行输入的模式组合，直至键盘有任意一个键按下，退出灯光控制系统，返回DOS系统。2. 提高要求：音乐彩灯控制系统，根据音乐的变化控制彩灯的变化，主要有以下几种：第一种为音乐节奏控制彩灯，按音乐的节拍变换彩灯花样。第二种音律的强弱（信号幅度大小）控制彩灯。强音时，灯的亮度加大，且被点亮的数目增多。第三种按音调高低（信号频率高低）控制彩灯。低音时，某一部分灯点亮；高音时，另一部分点亮。 三、实验报告要求 １．设计目的和内容 ２．总体设计 ３．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明 ４．软件设计框图及程序清单５．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法） 四、设计原理我们以背景霓虹灯的一种显示效果为例，介绍控制霓虹灯显示的基本原理。设有一排 n 段水平排列的霓虹灯，某种显示方式为从左到右每0.2 秒逐个点亮。其控制过程如下： 若以“ 1 ”代表霓虹灯点亮，以“ 0 ”代表霓虹灯熄灭，则开始时刻， n 段霓虹灯的控制信号均为“ 0 ”，随后，控制器将一帧 n 个数据送至 n 段霓虹灯的控制端，其中，最左边的一段霓虹灯对应的控制数据为“ 1 ”，其余的数据均为零，即 1000 … 000 。当 n 个数据送完以后，控制器停止送数，保留这种状态（定时） 0.2 秒，此时，第 1 段霓虹灯被点亮，其余霓虹灯熄灭。随后，控制器又在极短的时间内将数据 1100 … 000 送至霓虹灯的控制端，并定时 0.2 秒，这段时间，前两段霓虹灯被点亮。由于送数据的过程很快，我们观测到的效果是第一段霓虹灯被点亮 0.2 秒后，第 2 段霓虹灯接着被点亮，即每隔 0.2 秒显示一帧图样。如此下去，最后控制器将数据 1111 … 111 送至 n 段霓虹灯的控制端，则 n 段霓虹灯被全部点亮。 只要改变送至每段霓虹灯的数据，即可改变霓虹灯的显示方式，显然，我们可以通过合理地组合数据（编程）来得到霓虹灯的不同显示方式。 五、总体方案论证分析系统设计思路如下：1) 采集8位开关输入信号，若输入数据为0时，将其修改为1。确定输入的硬件接口电路。采样输入开关量，并存入NUM的软件程序段。2) 以12个灯依次点亮为例(即灯光控制模式M1)，考虑与其相应的灯光显示代码数据。确定显示代码数据输出的接口电路。输出一个同期显示代码的软件程序段（暂不考虑时隙的延时要求）。3) 应用定时中断服务和NUM数据，实现t＝N×50ms的方法。4) 实现某一种模式灯光显示控制中12个时隙一个周期，共重复四次的控制方法。要求在初始化时采样开关输入数据NUM，并以此控制每一时隙的延时时间；在每一时隙结束时，检查有无键按下，若是退出键按下，则结束灯光控制，返回DOS系统，若是其他键就返回主菜单，重新输入控制模式数据。5) 通过人机对话，输入8种灯光显示控制模式的任意个数、任意次序连接组合的控制模式数据串（以ENTER键结尾）。对输入的数据进行检查，若数据都在1 - 8之间，则存入INBUF；若有错误，则通过屏幕显示输入错误，准备重新输入灯光显示控制模式数据。6) 依次读取INBUF中的控制模式数据进行不同模式的灯光显示控制，在没有任意键按下的情况下，系统从第一个控制模式数据开始，顺序工作到最后一个控制模式数据后，又返回到第一个控制模式数据，不断重复循环进行灯光显示控制。7) 本系统的软件在总体上有两部份，即主程序（MAIN）和实时中断服务程序（INTT）。讨论以功能明确、相互界面分割清晰的软件程序模块化设计方法。即确定有关功能模块，并画出以功能模块表示的主程序（MAIN）流程框图和定时中断服务程序的流程框图。 六、硬件电路设计 以微机实验平台和PC机资源为硬件设计的基础,不需要外加电路。主要利用了以下的资源：1．8255并行口电路8255并行口电路主要负责数据的输入与输出，可以输出数据控制发光二极管的亮灭和读取乒乓开关的数据。实验时可以将8255的A口、B口和一组发光二极管相连，C口和乒乓开关相连。2．8253定时/计数器8253定时/计数器和8259中断控制器一起实现时隙定时。本设计的定时就是采用的t＝N×50ms的方法，50ms由8253定时/计数器的计数器0控制定时，N是在中断服务程序中软件计时。8253的OUT0接到IRQ2，产生中断请求信号。8253定时/计数器定时结束会发出中断信号，进入中断服务程序。3．PC机资源本设计除了利用PC机作为控制器之外，还利用了PC机的键盘和显示器。键盘主要是输入控制模式数据，显示器就是显示提示信息。 七、软件设计 软件主要分为主程序（MAIN）和中断服务程序（INTT），主程序包含系统初始化、读取乒乓开关、读取控制模式数据以及按键处理等模块。中断服务程序主要是定时时间到后根据控制模式数据点亮相应的发光二极管。1．主程序主程序的程序流程图如图1所示。
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微处理器及微型计算机的发展概况 第一代微处理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040为代表的四位微处理机。 第二代微处理机（1973年~1977年），典型代表有：Intel 公司的8080、8085；Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。 第三代微处理机 第三代微机是以16位机为代表，基本上是在第二代微机的基础上发展起来的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基础发展起来的；M68000是Motorola公司在M6800 的基础发展起来的； 第四代微处理机 以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU为代表， 第五代微处理机的发展更加迅猛，1993年3月被命名为PENTIUM的微处理机面世，98年PENTIUM 2又被推向市场。 INTEL CPU 发展历史Intel第一块CPU 4004,4位主理器,主频108kHz,运算速度0.06MIPs(Million Instructions Per Second, 每秒百万条指令),集成晶体管2,300个,10微米制造工艺,最大寻址内存640 bytes,生产曰期1971年11月. 8085,8位主理器,主频5M,运算速度0.37MIPs,集成晶体管6,500个,3微米制造工艺,最大寻址内存64KB,生产曰期1976年 8086,16位主理器,主频4.77/8/10MHZ,运算速度0.75MIPs,集成晶体管29,000个,3微米制造工艺,最大寻址内存1MB,生产曰期1978年6月. 80486DX,DX2,DX4,32位主理器,主频25/33/50/66/75/100MHZ,总线频率33/50/66MHZ,运算速度20~60MIPs,集成晶体管1.2M个,1微米制造工艺,168针PGA,最大寻址内存4GB,缓存8/16/32/64KB,生产曰期1989年4月 Celeron一代, 主频266/300MHZ(266/300MHz w/o L2 cache, Covington芯心 (Klamath based),300A/333/366/400/433/466/500/533MHz w/128kB L2 cache, Mendocino核心 (Deschutes-based), 总线频率66MHz,0.25微米制造工艺,生产曰期1998年4月) Pentium 4 (478针),至今分为三种核心:Willamette核心(主频1.5G起,FSB400MHZ,0.18微米制造工艺),Northwood核心(主频1.6G~3.0G,FSB533MHZ,0.13微米制造工艺, 二级缓存512K),Prescott核心(主频2.8G起,FSB800MHZ,0.09微米制造工艺,1M二级缓存,13条全新指令集SSE3),生产曰期2001年7月. 更大的缓存、更高的频率、 超级流水线、分支预测、乱序执行超线程技术 微型计算机组成结构单片机简介单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机(CPU、 内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。 三、计算机编程语言的发展概况 机器语言 机器语言就是0，1码语言，是计算机唯一能理解并直接执行的语言。汇编语言 用一些助记符号代替用0，1码描述的某种机器的指令系统，汇编语言就是在此基础上完善起来的。高级语言 BASIC，PASCAL，C语言等等。用高级语言编写的程序称源程序，它们必须通过编译或解释，连接等步骤才能被计算机处理。 面向对象语言 C++，Java等编程语言是面向对象的语言。 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础（一） 十进制ND有十个数码：0～9，逢十进一。 例 1234.5=1×103 +2×102 +3×101 +4×100 +5×10-1加权展开式以10称为基数，各位系数为0～9，10i为权。 一般表达式：ND= dn-1×10n-1+dn-2×10n-2 +…+d0×100 +d-1×10-1+… （二） 二进制NB两个数码：0、1, 逢二进一。 例 1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1， 2i为权。 一般表达式： NB = bn-1×2n-1 + bn-2×2n-2 +…+b0×20 +b-1×2-1+… （三）十六进制NH十六个数码0～9、A～F，逢十六进一。 例：DFC.8=13×162 +15×161 +12×160 +8×16-1 展开式以十六为基数，各位系数为0～9，A～F，16i为权。 一般表达式： NH= hn-1×16n-1+ hn-2×16n-2+…+ h0×160+ h-1×16-1+… 二、不同进位计数制之间的转换 （二）二进制与十六进制数之间的转换 24=16 ，四位二进制数对应一位十六进制数。举例：（三）十进制数转换成二、十六进制数整数、小数分别转换 1.整数转换法“除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。举例： 2. 小数转换法“乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。举例： 三、带符号数的表示方法 机器数：机器中数的表示形式。真值： 机器数所代表的实际数值。举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下： 真值： X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 机器数：[X1]机= 01010100 [X2]机= 11010100(二)原码、反码、补码最高位为符号位，0表示 “+”，1表示“－”。 数值位与真值数值位相同。 例 8位原码机器数： 真值： x1 = +1010100B x2 =－ 1010100B 机器数： [x1]原 = 01010100 [x2]原 = 11010100原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。 正数的反码与原码表示相同。 负数反码符号位为 1，数值位为原码数值各位取反。 例 8位反码机器数： x= +4： [x]原= 00000100 [x]反= 00000100 x= -4： [x]原= 10000100 [x]反= 111110113、补码（Two’s Complement）正数的补码表示与原码相同。 负数补码等于2n－abs（x）8位机器数表示的真值四、 二进制编码例：求十进制数876的BCD码 876= 1000 0111 0110 BCD 876= 36CH = 1101101100B 2、字符编码 美国标准信息交换码ASCII码，用于计算 机与计算机、计算机与外设之间传递信息。 3、汉字编码 “国家标准信息交换用汉字编码”（GB2312-80标准），简称国标码。 用两个七位二进制数编码表示一个汉字 例如“巧”字的代码是39H、41H汉字内码例如“巧”字的代码是0B9H、0C1H1·4 运算基础 一、二进制数的运算加法规则：“逢2进1” 减法规则：“借1当2” 乘法规则：“逢0出0，全1出1”二、二—十进制数的加、减运算 BCD数的运算规则 循十进制数的运算规则“逢10进1”。但计算机在进行这种运算时会出现潜在的错误。为了解决BCD数的运算问题，采取调整运算结果的措施：即“加六修正”和“减六修正”例：10001000(BCD)+01101001(BCD) =000101010111(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 ＋ 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 ＋ 0 1 1 0 0 1 1 0 ……调整 1 0 1 0 1 0 1 1 1 进位 例： 10001000(BCD)－ 01101001(BCD)= 00011001(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 － 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 － 0 1 1 0 ……调整 0 0 0 1 1 0 0 1 三、 带符号二进制数的运算 1.5 几个重要的数字逻辑电路编码器译码器计数器微机自动工作的条件程序指令顺序存放自动跟踪指令执行1.6 微机基本结构微机结构各部分组成连接方式1、以CPU为中心的双总线结构；2、以内存为中心的双总线结构；3、单总线结构CPU结构管脚特点 1、多功能；2、分时复用内部结构 1、控制; 2、运算; 3、寄存器; 4、地址程序计数器堆栈定义 1、定义；2、管理；3、堆栈形式
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二: 普通计算器的设计说明: 1 普通计算器的主要功能(普通计算与逆波兰计算): 1.1主要功能: 包括 a普通加减乘除运算及带括号的运算 b各类三角与反三角运算（可实现角度与弧度的切换） c逻辑运算， d阶乘与分解质因数等 e各种复杂物理常数的记忆功能 f对运算过程的中间变量及上一次运算结果的储存. G 定积分计算器（只要输入表达式以及上下限就能将积分结果输出） H 可编程计算器（只要输入带变量的表达式后，再输入相应的变量的值就能得到相应的结果） I 二进制及八进制的计算器 j十六进制转化为十进制的功能。 *k (附带各种进制间的转化器)。 L帮助与阶乘等附属功能
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