原创 MSP430硬件基础知识

MSP430单片机是TI公司1996年开始推向市场的超低功耗微处理器，另外他还集成了很多模块功能，从而使得用一片MSP430 芯片可以完成多片芯片才能完成的功能，大大缩小了产品的体积与成本。如今，MSP430单片机已经用于各个领域，尤其是仪器仪表、监测、医疗器械以及汽车电子等领域。

    下面来说一下它的主要特点：（1）低电源电压范围，1.8～3.6V。（2）超低功耗，拥有5种低功耗模式(以后会详细介绍)。（3）灵活的时钟使用模式。（4）高速的运算能力，16位RISC架构，125ns指令周期。（5）丰富的功能模块，这些功能模块包括：A：多通道10－14位AD转换器；B：双路12位DA转换器；C：比较器；D：液晶驱动器；E：电源电压检测；F：串行口USART(UART/SPI）；G：硬件乘法器；H：看门狗定时器，多个16位、8位定时器（可进行捕获，比较，PWM输出）；I：DMA控制器。（6）FLASH存储器，不需要额外的高电压就在运行种由程序控制写擦欧哦和段的擦除；（7）MSP430芯片上包括JTAG接口，仿真调试通过一个简单的JTAG接口转换器就可以方便的实现如设置断点、单步执行、读写寄存器等调试；（8）快速灵活的变成方式，可通过JTAG和BSL两种方式向CPU内装在程序。

    关于他的内存器结构，在匠人的博客里已有详细的介绍，大家去看就是了。在这里我主要说说MSP430单片机的复位吧。

     MSP430的复位信号有2种：上电复位信号（POR）、上电清除信号（PUC）。还有能够触发POR和PUC的信号：5种来在看门狗，1种来自复位管脚，1种来自写FLASH键值出现错误所产生的信号。

    POR信号只在2种情况下发生：（1）微处理上电；（2）RST/NMI管脚上产生低电平时系统复位。

    PUC信号产生的条件：（1）POR信号产生；（2）看门狗有效时，看门狗定时器溢出；（3）写看门狗定时器安全键值出现错误；（4）写FLASH存储器安全键值出现错误。

    POR和PUC两者的关系：POR信号的产生会导致系统复位并产生PUC信号。而PUC信号不会引起POR信号的产生。

    无论是POR信号还是PUC信号触发的复位，都会使MSP430从地址0xFFFE处读取复位中断向量，程序从中断向量所指的地址处开始执行。触发PUC信号的条件中，除了POR产生触发PUC信号外，其他的豆科一通过读取相应的中断向量来判断是何种原因引起的PUC信号，以便作出相应的处理。

    系统复位（指POR）后的状态为：（1）RST/NMI管脚功能被设置为复位功能；（2）所有I/O管脚被设置为输入；（3）外围模块被初始化，其寄存器值为相关手册上的默认值；（4）状态寄存器SR复位；（5）看门狗激活，进入工作模式；（6）程序计数器PC载入0xFFFE处的地址，微处理器从此地址开始执行程序。

    典型的复位电路有一下3种：

（1） 在RST/NMI管脚上接100K欧的上拉电阻。（2）在（1）的基础上再接0.1uf的电容，电容的一端接地，可以使复位更加可靠。（3）再（2）的基础上，再在电阻上并接一个型号为IN4008的二极管，可以可靠的实现系统断电后立即上电。

MSP430单片机的时钟系统

    MSP430根据型号的不同最多可以选择使用3个振荡器。我们可以根据需要选择合适的振荡频率，并可以在不需要时随时关闭振荡器，以节省功耗。这3个振荡器分别为：

（1）DCO 数控RC振荡器。它在芯片内部，不用时可以关闭。DCO的振荡频率会受周围环境温度和MSP430工作电压的影响，且同一型号的芯片所产生的频率也不相同。但DCO的调节功能可以改善它的性能，他的调节分为以下3步：a：选择BCSCTL1.RSELx确定时钟的标称频率；b：选择DCOCTL.DCOx在标称频率基础上分段粗调；c：选择DCOCTL.MODx的值进行细调。

（2）LFXT1 接低频振荡器。典型为接32768HZ的时钟振荡器，此时振荡器不需要接负载电容。也可以接450KHZ~8MHZ的标准晶体振荡器，此时需要接负载电容。

（3）XT2 接450KHZ~8MHZ的标准晶体振荡器。此时需要接负载电容，不用时可以关闭。

    低频振荡器主要用来降低能量消耗，如使用电池供电的系统，高频振荡器用来对事件做出快速反应或者供CPU进行大量运算。

    MSP430的3种时钟信号：MCLK系统主时钟；SMCLK系统子时钟；ACLK辅助时钟。

（1）MCLK系统主时钟。除了CPU运算使用此时钟以外，外围模块也可以使用。MCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作为其信号源。

（2）SMCLK系统子时钟。供外围模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。SMCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作为其信号源。

（3）ACLK辅助时钟。供外围模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。但ACLK只能由LFXT1进行1、2、4、8分频作为信号源。

    PUC复位后，MCLK和SMCLK的信号源为DCO，DCO的振荡频率为800KHZ。ACLK的信号源为LFXT1。

     MSP430内部含有晶体振荡器失效监测电路，监测LFXT1（工作在高频模式）和XT2输出的时钟信号。当时钟信号丢失50us时，监测电路捕捉到振荡器失效。如果MCLK信号来自LFXT1或者XT2，那么MSP430自动把MCLK的信号切换为DCO，这样可以保证程序继续运行。但MSP430不对工作在低频模式的LFXT1进行监测。

5种低功耗模式

5种低功耗模式分别为LPM0~LPM4(LOW POWER MODE)，CPU的活动状态称为AM(ACTVE MODE)模式。其中AM耗电最大，LPM4耗电最省，仅为0.1uA。另外工作电压对功耗的影响：电压越低功耗也越低。

       系统PUC复位后，MSP430进入AM状态。在AM状态，程序可以选择进入任何一种低功耗模式，然后在适当的条件下，由外围模块的中断使CPU退出低功耗模式，返回AM模式，再由AM模式选择进入相应的低功耗模式，如此类推。

       工作模式的选择由状态寄存器SR中的SCG1、SCG0、OSCOFF、CPUOFF位控制。由于在CPU的头文件中对CPU内的各寄存器和模块的各种工作模式都作了详尽的定义，所以编程时尽可能的利用就是了。如：要进入低功耗模式0，可在程序中直接写：LPM0;    。进入低功耗模式4，可以写：LMP4;就可以了。退出低功耗模式如下：

       LPM0_EXIT;          //退出低功耗模式0

       LPM4_EXIT;          //退出低功耗模式4

中断

    中断是MSP430微处理器的一大特色，有效地利用中断可以简化程序和提高执行效率。MSP430的几乎每个外围模块都能够产生中断，为MSP430针对事件（即外围模块产生的中断）进行的编程打下基础。MSP430在没有事件发生时进入低功耗模式，事件发生时，通过中断唤醒CPU，事件处理完毕后，CPU再次进入低功耗状态。由于CPU的运算速度和退出低功耗的速度很快，所以在应用中，CPU大部分时间都处于低功耗状态。

       MSP430的中断分为3种：系统复位、不可屏蔽中断、可屏蔽中断。

      （1）系统复位的中断向量为0xFFFE。

       （2）不可屏蔽中断的中断向量为0xFFFC。响应不可屏蔽中断时，硬件自动将OFIE、NMIE、ACCVIE复位。软件首先判断中断源并复位中断标志，接着执行用户代码。退出中断之前需要置位OFIE、NMIE、ACCVIE，以便能够再次响应中断。需要特别注意点：置位OFIE、NMIE、ACCVIE后，必须立即退出中断相应程序，否则会再次触发中断，导致中断嵌套，从而导致堆栈溢出，致使程序执行结果的无法预料。

       （3）可屏蔽中断的中断来源于具有中断能力的外围模块，包括看门狗定时器工作在定时器模式时溢出产生的中断。每一个中断都可以被自己的中断控制位屏蔽，也可以由全局中断控制位屏蔽。

        多个中断请求发生时，响应最高优先级中断。响应中断时，MSP430会将不可屏蔽中断控制位SR.GIE复位。因此，一旦响应了中断，即使有优先级更高的可屏蔽中断出现，也不会中断当前正在响应的中断，去响应另外的中断。但SR.GIE复位不影响不可屏蔽中断，所以仍可以接受不可屏蔽中断的中断请求。

       中断响应的过程：（1）如果CPU处于活动状态，则完成当前指令；（2）若CPU处于低功耗状态，则退出低功耗状态；（3）将下一条指令的PC值压入堆栈；（4）将状态寄存器SR压入堆栈；（5）若有多个中断请求，响应最高优先级中断；（6）单中断源的中断请求标志位自动复位，多中断源的标志位不变，等待软件复位；（7）总中断允许位SR.GIE复位。SR状态寄存器中的CPUOFF、OSCOFF、SCG1、V、N、Z、C位复位；（8）相应的中断向量值装入PC寄存器，程序从此地址开始执行。

        中断返回的过程：（1）从堆栈中恢复PC值，若响应中断前CPU处于低功耗模式，则可屏蔽中断仍然恢复低功耗模式；（2）从堆栈中恢复PC值，若响应中断前CPU不处于低功耗模式，则从此地址继续执行程序。

       MSP430各系列的中断向量表请查阅相关资料。