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1 第 2 章单片机结构 第 1 节单片机简介 第 2 节 MSP430 单片机结构

2 第 1 节单片机简介 一 单片机与嵌入式系统 二 典型单片机的基本构成

3 一 单片机与嵌入式系统 将 CPU 内存 I/O 接口集成一块芯片上, 构成具备基本功能的计算机, 称单片机 总线控制 CPU 时钟逻辑复位控制 CPU 系统 CPU 外围单元 ROM RAM I/O T/C UART 中断 基本功能单元 PWM A/D D/A 外围扩展单元 典型单片机的基本构成

4 单片机 Single-chip Microcomputer 超小型 高可靠性 价廉 主要应用于控制领域, 用以实现各种参数的测量和控制功能, 为了强调其控制属性, 称其为微控制器, MCU, MicroController Unit.

5 消费类电子产品 RF Home Audio/Video interoperability

6 平均每辆轿车内使用 30~100 个 MCU 信息系统 信息处理 GPS 导航系统 娱乐 移动通信 发动机控制节能控制 传动控制系统 车速控制 转向控制 行驶控制系统 安全控制系统 仪表盘控制 空调控制 底盘控制 车身控制系统 安全气囊 防滑控制 开关控制门窗控制 车灯控制 防盗控制 汽车电子

7 一台通用计算机的外部设备中就包含了多个微控制器 : 键盘 鼠标 硬盘 CD-ROM 驱动 显卡 显示器 打印机 扫描仪等均含有 MCU

8 单片机的主要应用领域 工业控制 电机控制 物理量的检测与处理 机器人 过程控制 智能传感器 数据传送等 仪器仪表 智能仪器仪表 医疗器械 色谱仪 示波器等 家用电子电器设备 通信 电子字典 游戏机 录像机 电冰箱 洗衣机 照相机 空调 防盗控制等 调制解调器 程控电话交换机 遥控 手机等 导航控制 鱼雷制导控制 智能武器装置 导弹控制 航天导航系统等 数据处理 图形终端 复印机 硬盘驱动器 磁带机 打印机 打字机等 汽车电子 点火控制 变速控制 防滑刹车 排气控制 导航 节能控制 冷气控制 报警等

9 单片机构成的应用系统特点 嵌入到具体的应用系统中, 不以计算机的面貌出现 ; 面向控制对象 ; 输入的是对象物理量经传感变换的信号 ; 输出的是对象伺服驱动的控制量 突出控制功能 ; 对外部信息及时捕捉 ; 对控制对象能灵活地实时控制 ; 能在工业现场环境中可靠运行 与满足海量高速数值计算的计算机有着明显不同

10 计算机按应用分类 通用计算机系统 嵌入式计算机系统 通用计算机系统 : 非嵌入式应用 满足海量高速数值计算, 主要用于信息处理, 能独立使用的计算机系统 如 : 个人计算机, 工作站等 技术要求是高速 海量的数值计算 ; 技术发展方向是总线速度的提升, 存储容量的扩大

11 嵌入式计算机系统 : 嵌入式应用 作为其它系统组成部分 以嵌入的形式 隐藏 在各种装置 产品和系统中, 实现嵌入式应用的计算机称为嵌入式计算机系统, 简称嵌入式系统 (Embedded System)

12 嵌入式系统 (Embedded System) 的定义 IEEE 的定义 : They are devices used to control, monitor or assist the operation of equipment, machinery or plant. "Embedded" reflects the fact that they are an integral part of the system. 国内普遍认可的定义 : 以应用为中心, 以计算机技术为 基础, 软件硬件可裁剪, 符合应用系统对功能 可靠性 成本 体积 功耗等严格要求的专用计算机系统

13 在嵌入式系统的概念广泛使用后, 为了强调单片机的嵌入属性, 也称其为嵌入式微控制器 单片机是典型的嵌入式系统

14 嵌人式系统开发面向具体应用, 不同领域的应用市场需要不同款式和性能指标的单片机来开发. 所以在嵌人式处理器市场中, 高性能的 32 位 MCU 也有很多产品, 中低端的 4 位 8 位和 16 位 MCU 依然存在, 在当前的嵌人式市场中不存在垄断的局面 PC 机销售市场中, 随着通用 CPU 技术的突破和工作频率的倍增, 旧款低档 CPU 早已经不见踪迹 在 PC 领域虽有 AMD 系列处理器和 Linux 操作系统的市场冲击, 但是 Win_ Tel 体系架构 (Windows+lntel) 仍占主导地位

15 二. 典型单片机的基本构成 总线控制 CPU 时钟系统复位控制 CPU 系统 CPU 外围单元 ROM RAM I/O T/C UART 中断 基本功能单元 PWM A/D D/A 外围扩展单元 典型单片机的基本构成

16 TMOW/P10 P11 P12 IRQ0/P14 IRQ1/P15 IRQ2/P16 TRGV/IRQ3/P17 Vcc Vss Vcl RES TEST NMI 端口 2 端口 7 端口 B PB0/AN0 PB1/AN1 PB2/AN2 PB3/AN3 PB4/AN4 PB5/AN5 PB6/AN6 PB7/AN7 端口 8 P80/FTC1 P81/FTIOA P82/FTIOB P83/FTIOC P84/FTIOD P85 P86 P87 端口 5 P50/WKP0 P51/WKP1 P52/WKP2 P53/WKP3 P54/WKP4 P55/WKP5/ADTRG P56/SDA P57/SCL P74/TMRIV P75/TMCIV P76/TMOV 端口 1 SCK3/P20 RXD/P21 TXD/P22 子时钟发生器系统时钟发生器 CPU H8/300H ROM 32KB RAM 2KB 定时器 W 定时器 A 定时器 V I2C 总线接口 SCI3 WDT A/D 8x10bit AVcc X1 X2 OSC1 OSC2 数据总线 16 位地址总线 16 位瑞萨 16 位 MCU H8/3664 结构框图

17 MSP430 单片机结构图 振荡器系统时钟 ACLK SMCLK Flash ROM RAM 外围模块 外围模块 外围模块 外围模块 MCLK 16 位 RSIC CPU 4 JTAG 调试模块 MAB 16-bit MDB 16-bit MCB 总线控制 MDB 8-bit WDT 外围模块 外围模块 外围模块 外围模块 外围模块

18 CPU 总线控制 CPU 时钟系统复位控制 CPU 系统 内含寄存器, 运算器, 有突出的控制功能 时钟系统提供各部分的时序同步 复位电路提供 CPU 初始化所需的上电复位信号 总线控制逻辑实现 MCU 对内部总线和外部总线的控制

19 CPU 外围单元 ROM RAM I/O 与 CPU 运行直接相关的单元电路, 与 CPU 构成单片机的最小系统 程序存储器 ROM (ReadOnlyMemory) 用于固化单片机的应用程序和一些表格 常数 1 ROMLess 型 : 无 ROM 2 MaskROM 型 : 掩模型 ROM 3 OTPROM 型 : 可编程 1 次 4 EPROM 型 : 光擦除电编程 5 FlashROM 型 : 电擦除电编程

20 CPU 外围单元 ROM RAM I/O 数据存储器 RAM 用于临时存放应用程序的处理数据 结果等 由于面向测控系统, 单片机中的数据存储器容量较小, 通常是 256 字节 ~2K 字节, 使用静态随机存储器 SRAM(Static Random Access Memory)

21 CPU 外围单元 ROM RAM I/O I/O 端口 单片机与外部的输入输出接口, 含芯片的输入 / 输出引脚 按功能,I/O 端口分为以下几种类型 : 1 基本 I/O 端口用于与外部电路信号的输入 / 输出控制 2 片内功能单元的 I/O 端口例如, 定时器 / 计数器的计数输入 外部中断源输入等 3 总线输入 / 输出端口用于外部总线的扩展 为了减少引脚数量, 单片机的 I/O 端口一般采用复用方式

22 T/C UART 中断 基本功能单元 满足单片机测控功能要求的基本外围电路, 用来完善和扩大计算机功能 如定时器 / 计数器 中断系统 串行通信接口等 每个功能单元含一个或多个寄存器, 通过编程, 实现这些功能单元的方式设置 启动运行 状态读取等, 起到对功能单元的运行控制 管理功能 在有些单片机 (51 系列 ), 称为特殊功能寄存器 SFR (Special Function Regiser)

23 PWM A/D D/A 外围扩展单元 满足不同嵌入式应用要求的外围扩展功能电路如满足数据采集要求而扩展的 ADC, DAC, 满足伺服驱动控制的 PWM 满足程序可靠运行的监视定时器 WDT (WatchDogTimer) 等

24 每个系列单片机都有一个 CPU 基核, 在基核上扩展不同的外围单元电路, 衍生出各种型号的单片机 例如 TI 的 MSP430 或 MSP430x 系列 MCU Intel 的 51 系列 MCU Renesas 的 H8/300H 系列 MCU

25 TI 几款 MSP430 CPU 的 MCU 配置比较 型号 MSP430F135 MSP430F149 MSP430F169 Flash ROM 16KB 60KB 60KB SRAM 512B 2KB 2KB I/O 引脚数 TimerA TimerB USART ADC12 有 有 有 硬件乘法器 MPY 无 有 有 DAC12 无 无 有 I2C 无 无 有 DMA 无 无 有 电源电压检测 SVS 无 无 有

26 TI 几款 MSP430x CPU( 称 CPUX) 的 MCU 配置比较

27 从 MSP430 的命名规则了解 MCU 基本配置 MSP430 F 14 9 I PM 存储器 ROM 类型 C ROM P OTP F FLASH E EPROM 例 器件配置 12 基本型, 3 并口 13 ADC12, 1 串口 14 ADC12, 2 串口, 硬件乘法器 16 DAC12, 2 串口, 硬件乘法器 31 LCD, 1 串口, 乘法器 41 ADC12, LCD, 6 并口 44 ADC12, LCD, 乘法器 MSP430F135 MSP430F149 MSP430F169 ROM 容量 2 4KB 5 16KB 7 32KB 8 48KB 9 60KB DW PM PJM 温度范围 I 工业级 : -40~+85 A 汽车级 :-40~+125 均属于 MSP430x1xx 系列 封装类型 SOIC20 QFP64 (1mm 间距 ) QFP64 (0.5mm 间距 )

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29 MSP430x13x 功能结构图 XIN XOUT AVcc Avss VREF+ VeREF+ VREF-/VeREF- P1 P2 P3 P4 P5 P6 XT1IN XT2OUT DVcc DVss 振荡器系统时钟 MCLK ACLK SMCLK Flash ROM 8 RAM ADC12 Port 1/2 带中断 Port 3/4 Port 5/6 RST/NMI TMS TCK TDI/TCLK TDO/TDI 16 位 RSIC CPU 4 JTAG 调试模块 MAB 16-bit MDB 16-bit WDT Timer B3 Timer A3 MCB 总线控制 POR MDB 比较器 A 8-bit USART 0

30 MSP430x14x 功能结构图 XIN XOUT AVcc Avss VREF+ VeREF+ VREF-/VeREF- P1 P2 P3 P4 P5 P6 XT1IN XT2OUT DVcc DVss 振荡器系统时钟 MCLK ACLK SMCLK Flash ROM 8 RAM ADC12 Port 1/2 带中断 Port 3/4 Port 5/6 RST/NMI TMS TCK TDI/TCLK TDO/TDI 16 位 RSIC CPU 4 硬件乘法器 JTAG 调试模块 MAB 16-bit MDB 16-bit WDT Timer B7 Timer A3 MCB 总线控制 POR MDB 比较器 A 8-bit USART 0 USART 1

31 MSP430x16x 功能结构图 XIN XOUT AVcc Avss VREF+ VeREF+ VREF-/VeREF- P1 P2 P3 P4 P5 P6 XT1IN XT2OUT DVcc DVss 振荡器系统时钟 MCLK ACLK SMCLK Flash ROM 8 RAM ADC12 DAC12 Port 1/2 带中断 Port 3/4 Port 5/6 RST/NMI TMS TCK TDI/TCLK TDO/TDI 16 位 RSIC CPU 4 硬件乘法器 JTAG 调试模块 MAB 16-bit MDB 16-bit DMA WDT Timer B7 Timer A3 MCB 总线控制 POR SVS MDB 比较器 A 8-bit USART 0 USART 1 课后练习 : 阅读 msp430x15x-16x.pdf 第 5 页, 比较 msp430x15x 和 MSP430x16x 内部模块有何不同?

32 MSP430x6636/7/8 功能结构图

33 MSP430x6633/4/5 功能结构图

34 MSP430x6630/1/2 功能结构图

35 低电压 低功耗 小封装 低价格 采用 CMOS 工艺 CPU 内核性能 速度的提高 4/8/16/32bit,CISC/RISC. ROM RAM 容量的增加 各种内置的通信接口电路 SCI, SPI, I2C, CAN, USB, 以太网通信接口. 支持在系统编程 ISP(In System Programmable) PC 机通过串行接口, 实现对 MCU 的程序下载 ; 以及通过仿真接口实现对 MCU 的仿真调试. 支持高级语言的编程 软件嵌入 单片机技术发展趋势 目前单片机上提供的主要是用户的程序空间, 存放用户开发的应用软件随着单片机程序空间的扩大, 嵌入一些工具软件, 提高开发效率.

36 第 2 节 MSP430 单片机结构 一 MSP430 单片机概述二 MSP430 的 CPU 编程结构三 MSP430x 的 CPU(CPUX) 编程结构四 MSP430 的存储器组织五 MSP430 端口的基本输入 / 输出

37 一 MSP430 单片机概述 16-bit 精简指令集 CPU (RISC CPU): 丰富的外围模块 (peripherals 模块, I/O 接口 ); 外围模块 I/O 接口与存储器统一编址 灵活的时钟系统, 支持各种低功耗运行方式 ; 内嵌 JTAG 调试模块, 方便开发调试

38 MSP430 结构图 振荡器系统时钟 ACLK SMCLK Flash ROM RAM 外围模块 外围模块 外围模块 外围模块 MCLK 16 位 RSIC CPUX 4 JTAG 调试模块 MAB 16-bit MDB 16-bit MCB 总线控制 MDB 8-bit WDT 外围模块 外围模块 外围模块 外围模块 外围模块 各模块通过地址 (MAB) 数据 (MDB) 和控制 (MCB) 三大总线互连 外围模块 I/O 接口与存储器统一编址

39 二 MSP430 的 CPU 编程结构 编程结构 指从程序员和使用者的角度看到的结构, 与芯片内部的物理结构和实际布局有区别 编程结构便于程序员从软件角度了解微型计算机系统, 而不必关心硬件实现的具体细节 CPU 编程结构主要掌握其内部寄存器组及其使用方法

40 MSP430 内 CPU 原理示意图 通用寄存器 R15 R5 R4 常数发生器 R3/CGR2 状态寄存器 R2/SR/CGR1 运算器 ALU CPU 程序计数寄存器 R0/PC 堆栈指针寄存器 R1/SP 数据缓冲电路 指令译码与控制逻辑 地址输出电路 总线地址总线 16 位数据总线控制总线 16 位 RISC 结构精简指令集 7 种寻址方式 27 条核心指令 16 个 16 位的寄存器

41 MSP430 CPU 的编程结构 MSP430 CPU 的寄存器组 内含 16 个 16 位寄存器 1. R0/PC 程序计数寄存器 2. R1/SP 堆栈指针寄存器 3. R2/SR/CGR1 状态寄存器 15 0 R0/PC rogram Counter 0 R1/SP Stack Point 0 R2/SR/CG1 Status R3/CG2 Constant Generator R4 General Purpose 4. R3/CGR2 常数发生器 5. R4~R15 通用寄存器 R5 R14 R15 General Purpose General Purpose General Purpose

42 在 IAR EW430 下用 View/ Registers 查看寄存器的内容

43 在 IAR 下用修改寄存器的内容

44 状态寄存器 SR (Status Register) 16 位寄存器, 目前用到其中的 9 位 存放指令执行过程的状态信息和对 CPU 工作的控制信息 15~ 保留 V SCG1 SCG0 OSCoff CPUoff GIE N Z C C : 进位标志 (Carry Bit) 反应加 / 减法运算过程的进位 / 借位信息 Z : 零标志 (Zero Bit ) 反应运算结果是否为 0 N : 负标志 ( Negative Bit ) 反应运算结果的符号位是否为 1 V : 溢出标志 ( Overflow Bit) 反应加减算术运算结果是否超出带符号数范围

45 各状态标志的含义 15~ 保留 V SCG1 SCG0 OSCoff CPUoff GIE N Z C C : 进位标志 (Carry Bit) 在算术运算过程中, 反应最高位是否产生进位 / 借位 ( 最高位, 对字节操作指 D7 位, 对字操作指 D15 位 ) 加法, 最高有效位有进位 C=1, 否则 C=0 减法, 最高有效位有借位 C=0, 否则 C=1 借位可理解为 非进位 : C=1 进位 C 有借位 0 无借位 1 C=0

46 各状态标志的含义 ( 续 ) 15~ 保留 V SCG1 SCG0 OSCoff CPUoff GIE N Z C Z : 零标志 (Zero Bit) 反应运算结果是否为 0 运算结果为 0 时,Z=1, 否则 Z=0 N : 符号标志 (Negative Bit ) 反应运算结果的符号位 对字节操作 N=D7 对字操作 N=D15 Z = 0 N = 0

47 各状态标志的含义 ( 续 ) 15~ 保留 V SCG1 SCG0 OSCoff CPUoff GIE N Z C V : 溢出标志 (Overflow Bit) 反应加 / 减运算结果是否超出带符号数表示的范围超出, V=1; 否则 V=0 8 位 -128 ~ 位 ~ 溢出的判断方法参看讲义第 1 章第 2 节 产生溢出的情况正数 + 正数 = 负数负数 + 负数 = 正数正数 - 负数 = 负数负数 - 正数 = 正数

48 例 8 位二进制加法如下, 给出各状态标志位的值 被加数 8 位 加数 8 位 进位 和 8 位 最高位 D7 位产生进位 : 相加的结果为 44H, 不为 0: 结果的最高位为 0: C = _ Z = _ N = _ 进位 运算器 标志寄存器 被加数 加数和 负数 + 负数 = 正数 : V = _ 15~ 保留 V SCG1 SCG0 OSCoff CPUoff GIE N Z C

49 利用 EW430 查看标志位 : View/registers/CPU Registers/SR MOV.B # B, R4 ADD.B # B, R4 执行前的状态 C=0, Z=0, N=0, V=0

50 利用 EW430 查看标志位 ( 续 ) :View/registers/CPU Registers/SR MOV.B # B, R4 ADD.B # B, R4 执行后的状态, C=1, Z=0, N=0, V=1

51 指令计数寄存器 PC ( Program Counter) CPU 到存储器取指令时, PC 给出指令所在存储器单元的首址即 : 取指令的地址由指令计数寄存器 PC 决定 取完一条指令,PC 寄存器自动加上该指令长度, 指向下一条指令

52 堆栈和堆栈指针寄存器 SP 堆栈是一个存储区域 通常用于存放一些重要数据, 如程序的地址 或是需要恢复的数据 SP 为方便数据的存放和恢复, 设置专门的堆栈指针寄存器, 指向堆栈中要操作的单元 SP 堆栈指针寄存器 (stack pointer)

53 堆栈操作指令 PUSH 和 POP, 对 SP 指向的存储器区域, 以 后进先出 方式进行操作 PUSH 入栈操作 SP 减小 POP 出栈操作 SP 增加 0800h SP 堆栈未用空间 SP 指向栈顶, 即堆栈的顶部, 编程员通过设置堆栈区域, 09FFh 0A00h 利用堆栈操作, 可方便的进行数据的存放和恢复 MSP430 程序上电第一条执行的指令通常是初始化 SP:... MOV #0x6400, SP...

54 堆栈使用的场合 用堆栈保存恢复信息 子程序的调用 返回以及中断调用 返回 用堆栈传送数据 当局部变量较多时, 利用堆栈存 / 取局部变量

55 三 MSP430X 的 CPU (CPUX) 编程结构 MSP430X CPU 地址总线 20 位, 数据总线 16 位, 支持 8 位 16 位和 20 位的内存访问 ; 寻址范围从 MSP430 系列 64kB 扩展了到 1MB; 7 种寻址方式 指令系统与 MSP430 CPU 兼容 在 MSP430 CPU 基础上扩展了 16 条核心指令

56 MSP430 内 CPU 原理示意图 通用寄存器 R15 R5 R4 常数发生器 R3/CGR2 状态寄存器 R2/SR/CGR1 运算器 ALU CPU 程序计数寄存器 R0/PC 堆栈指针寄存器 R1/SP 数据缓冲电路 指令译码与控制逻辑 地址输出电路 总线地址总线 20 位数据总线 16 位控制总线 16 位 RISC 结构 精简指令集 15 个 20 位的寄存器 1 个 16 位的寄存器 7 种寻址方式 在 MSP430 CPU 基础上扩展了 16 条核心指令

57 MSP430X CPU 的编程结构 寄存器组 内含 15 个 20 位寄存器 1 个 16 位寄存器 1. R0/PC 程序计数寄存器 (20 位 ) 2. R1/SP 堆栈指针寄存器 (20 位 ) R0/PC rogram Counter 0 R1/SP Stack Point 0 R2/SR/CG1 Status R3/CG2 Constant Generator R4 General Purpose 3. R2/SR/CGR1 状态寄存器 (16 位 ) 4. R3/CGR2 常数发生器 (20 位 ) 5. R4~R15 通用寄存器 (20 位 ) R5 R14 R15 General Purpose General Purpose General Purpose

58 在 IAR EW430 下用 View/ Registers 查看寄存器的内容

59 状态寄存器 SR (Status Register) 与 MSP 430 的 CPU 相同 16 位寄存器, 目前用到其中的 9 位存放指令执行过程的状态信息和对 CPU 工作的控制信息 15~ 保留 V SCG1 SCG0 OSCoff CPUoff GIE N Z C C : 进位标志 (Carry Bit) 反应加 / 减法运算过程的进位 / 借位信息 Z : 零标志 (Zero Bit ) 反应运算结果是否为 0 N : 负标志 ( Negative Bit ) 反应运算结果的符号位是否为 1 V : 溢出标志 ( Overflow Bit) 反应加减算术运算结果是否超出带符号数范围

60 指令计数寄存器 PC ( Program Counter) CPU 到存储器取指令时, PC 给出指令所在存储器单元的首址即 : 取指令的地址由指令计数寄存器 PC 决定 取完一条指令,PC 寄存器自动加上该指令长度, 指向下一条指令 寄存器 PC 20 位,CPU 可寻址 1MB 空间的存储器

61 20 位的堆栈指针寄存器 SP 6000h SP 堆栈未用空间 63FEh 6400h MSP430 程序上电第一条执行的指令通常是初始化 SP:... MOV #0x6400, SP...

62 四 MSP430 的存储器组织结构 1. MSP430 单片机的存储器结构 程序存储器 ( 中断向量表 用户程序区 ) 数据存储器 外围模块寄存器 (16 位外围模块区 8 位外围模块区 ) 2. MSP430 单片机的存储器读写模式

63 1. MSP430 的存储器结构 采用冯. 诺依曼结构 ( 也称普林斯顿体系结构 ) 程序 (ROM) 和数据 (RAM) 存储器使用一组地址和数据总线 存储单元 I/O 端口统一编址物理上完全分离的存储区域 如 ROM/Flash RAM 外围模块寄存器等 被安排在 0x00000~0xFFFFF 范围的同一地址空间 使用一组地址 数据 控制总线以及相同的指令对这些空间进行访问 / 操作

64 1. MSP430 的存储器结构 振荡器 ACLK SMCLK Flash ROM RAM 外围模块 外围模块 外围模块 外围模块 MCLK 16 位 RSIC CPUX 4 JTAG 调试模块 MAB 20-bit MDB 16-bit MCB 总线控制 MDB 8-bit WDT 外围模块 外围模块 外围模块 外围模块 外围模块 采用冯. 诺依曼结构 ( 也称普林斯顿体系结构 ) 程序 (ROM) 和数据 (RAM) 存储器使用一组地址和数据总线 外围模块 I/O 接口与存储器统一编址

65 MSP430F663x 的存储器结构 MSP430F MSP430F MSP430F Flash ROM 大小 256KB 192KB 128KB 中断向量地址 0FFFF~0FF80h 代码存储器 47FFF-08000h 37FFF-08000h 27FFF-08000h RAM 063FF-02400h USB RAM 023FF-01C00h Info mem(flash) 019FF-01800h BSL mem(flash) 017FF-01000h 外围模块 00FFF-00000h 不同型号 MCU 的存储器 ROM 和 RAM 容量不一样, 代码 ROM 的低端地址都是 08000H, RAM 起始地址都是 063FF-02400h, 大小都是 16KB RAM 的末地址 = 该器件数据 RAM 容量 H-1; 中断向量地址 外围模块地址地址范围相同

66 MSP430F663x 的存储器结构

67 2. MSP430 的存储器读写模式 1 个存储器单元可存放 1 个字节数据 当往存储器写入 1 个字的数据时, 有两种存储器读写模式 小端模式 (Little Endian): 数据的低字节存放在内存低地址中, 高字节存放在高地址中, 即 " 高高低低 " 原则 大端模式 (Big Endian): 数据的低字节存放在内存高地址中, 高字节存放在低地址中, 即 " 高低低高 " 原则 例将 #1234h 写入 0200h 开始的存储单元中 0200h 0201h 0202h 0203h 0200h 0201h 0202h 0203h 小端模式 34h 12h 大端模式 12h 34h

68 MSP430 的存储器读写模式 采用小端模式 (Little Endian): 小端模式 当往内存写一个字数据时, 写入规则是 : 低字节到低地址单元 ( 偶单元 ) 高字节到高地址单元 ( 奇单元 ) 2400h 2401h 2402h 2403h 34h 12h 注意 : 字操作必须从偶地址开始, 否则执行过程中报错 A word access on odd address 例 : MOV #1234h, &2401h

69 例已知上电或手动复位后, MSP430 从中断向量表 FFFFh~FFFEh 位置, 获取 1 个字的内容来初始化程序计数器 PC, 假设当前内存的内容如下图所示, 问 : 复位后,PC 从什么地址开始取指令? Reset CPU 后用 IAR 的 View/ Memory 查看内存 用 View/ disassemly 查看程序反汇编代码 FFFEh FFFFh 存储器

70 五 MSP430 的基本输入 / 输出端口 (I/O ports) MSP430 有丰富的端口资源, 各产品因型号不同, 所含端口资源不同 MSP430x13x/14x/15x/16x 有 6 个端口 P1~P6, 共 48 根 I/O 引脚 MSP430x1663x 有 10 个端口 P1~P9,PJ, 共 74 根 I/O 引脚 目前 MSP430 系列单片机的总线不对外开放, I/O 端口的引脚是 MCU 对外进行输入 / 输出的重要通道 MSP430 系统中操作 I/O 端口的方法与操作存储器单元相同, 只是两者的地址不同 各基本输入 / 输出端口可通过控制寄存器设置方向 功能, 且都可以位操作, 即每位都可单独配置

71 MSP430F149 有 6 个基本输入 / 输出端口, 简称 I/O 端口, P1~P6 XIN XOUT AVcc Avss VREF+ VeREF+ VREF-/VeREF- P1 P2 P3 P4 P5 P6 XT1IN XT2OUT DVcc DVss 振荡器 ACLK SMCLK Flash ROM MCLK 8 RAM ADC12 Port 1/2 带中断 Port 3/4 Port 5/6 RST/NMI TMS TCK TDI/TCLK TDO/TDI 16 位 RSIC CPU 4 硬件乘法器 JTAG 调试模块 MAB 16-bit MDB 16-bit WDT Timer B7 Timer A3 MCB 总线控制 POR MDB 比较器 A 8-bit USART 0 USART 1

72 13x/14x/16x 有 6 个 I/O 端口每个端口对外有 8 根引脚 JTAG 引脚 单片机 电源引脚 共有 64 个引脚其中 I/O 引脚 48 个 P6 P5 与 MCU 内外部晶振其他模块共用 ( 引脚复用 ) P1 P2 P3 P4

73 MSP430F663x 有 P1~P9, PJ 共 10 个 I/O 端口, 共 74 根 I/O 引脚其中 P1~P6,P8,P9 每个端口 8 根引脚 P7 有 6 根引脚,PJ 有 4 根引脚

74 MSP6638 单片机 共有 100 个引脚 其中 I/O 引脚 74 根

75 与每个 I/O 引脚输入 / 输出功能有关的 I/O 寄存器 PxSEL 功能选择寄存器 : P1SEL, P2SEL,, PJSEL PxDIR 方向选择寄存器 : P1DIR, P2DIR,, PJDIR PxOUT 输出数据寄存器 : P1OUT, P2OUT,, PJOUT PxIN 输入数据寄存器 : P1IN, P2IN,, PJIN PxREN 拉电阻使能寄存器 : P1REN, P2REN,, PJREN PxDR 输出增强寄存器 :P1DR, P2DR,, PJDR x 可为 1~J, 由具体的单片机确定对于 P1 端口, 有 P1SEL, P1DIR, P1OUT, P1IN 均为 8 位寄存器 端口的每根引脚可单独配置, 相互之间不影响

76 I/O 端口 x 基本输入 / 输出示意图 ( 不考虑其他模块功能时 ) General-purpose digital I/O (PxSEL=00H 时 ) CPU MAB MCB MDB8 地址译码 控制电路 数据缓冲 MDB8 PxSEL PxDIR PxIN PxOUT 00h 输入输出电路 引脚 Px.0 Px.1 Px.2 Px.3 Px.4 Px.5 Px.6 Px.7 PxSEL 功能选择寄存器 : 0: I/O 功能 ; 1: 外设模块功能 PxDIR 方向选择寄存器 : 0: 输入 ; 1: 输出 PxIN 输入寄存器 : 0: 输入低电平 ; 1: 输入高电平 PxOUT 输出寄存器 : 0: 输出低电平 ; 1: 输出高电平

77 I/O 引脚与 MCU 内 其他模块共用 ( 引脚复用 ) P4.0/TB0 P4.1/TB1 P4.2/TB2 P4.3/TB3 P4.4/TB4 P4.5/TB5 P4.6/TB6 P4.7/TBCLK

78 PxSEL 功能选择寄存器 为减少 MCU 的对外引脚, 端口 P1~P6 的引脚有多种功能, 即被 MCU 内的多个模块复用, 功能选择寄存器就是用于选择引脚的功能 Port pins are often multiplexed with other peripheral module functions. Each PxSEL bit is used to select the pin function I/O port or peripheral module function. 位 PxSEL.7 PxSEL.6 PxSEL.5 PxSEL.4 PxSEL.3 PxSEL.2 PxSEL.1 PxSEL.0 初始值 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 PxSEL.y = 0, 端口 x 的引脚 y 选择为基本 I/O 功能 I/O Function is selected PxSEL.y = 1, 端口 x 的引脚 y 选择为外围模块功能 Peripheral module function 例如果 P1SEL 的内容为 00h, 表示端口 P1 的 8 个引脚 P1.7~P1.0 均用于基本 I/O

79 每个引脚输入 / 输出的方向是单向的, 要么是输入要么是输出

80 PxDIR 方向选择寄存器 P1~P6 端口为单向端口, 通过方向寄存器选择各端口引脚的输入 / 输出方向 Each bit in each PxDIR register selects the direction of the corresponding I/O pin, regardless of the selected function for the pin. 位 PxDIR.7 PxDIR.6 PxDIR.5 PxDIR.4 PxDIR.3 PxDIR.2 PxDIR.1 PxDIR.0 复位值 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 PxDIR.y = 0, 端口 x 的引脚 y 选择为输入方向 The port pin is switched to input direction PxDIR.y = 1, 端口 x 的引脚 y 选择为输出方向 The port pin is switched to output direction 例 如果 P1DIR 的内容为 00h, 表示端口 P1 的 8 个引脚均用于输入如果 P2DIR 的内容为 FFh, 表示端口 P2 的 8 个引脚均用于输出如果 P3DIR 的内容为 0Fh, 表示端口 P3 的 P3.7~P3.4 用于输入端口 P3 的 P3.3~P3.0 用于输出

81 端口寄存器位属性和初值说明 标识 位属性 rw 可读写 r 只读 r0 读总为 0 r1 读总为 1 w 只写 w0 写 0 w1 写 1 (w) 不存在位, 读出总为 0-0, -1 上电清零后的初值 ( 简单理解为软复位 ) -(0), -(1) POR 上电复位后的初值 ( 简单理解为硬复位 ) h0 由硬件清 0 h1 由硬件置 1

82 PxOUT 输出寄存器 是端口的输出缓冲寄存器, 当端口某位的 DIR 设置为输出时, 该位端口引脚的状态对应为输出寄存器相应位的值 编程改变输出寄存器该位的值就可改变该位引脚的输出状态 Each bit in each PxOUT register is the value to be output on the corresponding I/O pin when the pin is configured as I/O function and output direction. 位 PxOUT.7 PxOUT.6 PxOUT.5 PxOUT.4 PxOUT.3 PxOUT.2 PxOUT.1 PxOUT.0 复位值 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 PxOUT.y = 0, 端口 x 的引脚 y 输出低 The output is low PxOUT.y = 1, 端口 x 的引脚 y 输出高 The output t is high 例如果 P2OUT 的内容为 00h, 表示向端口 P2 的 8 个引脚均输出 0, 即低电平如果 P2OUT 的内容为 0Fh, 表示向端口 P2 的引脚 P2.7~P2.4 输出 0, 即低电平表示向端口 P2 的引脚 P2.3~P2.0 输出 1, 即高电平

83 PxIN 输入寄存器 是端口的输入缓冲寄存器 ; 当端口某位的 DIR 设置为输入时, 输入寄存器相应位的值对应为该引脚的输入状态 ; 通过编程读取该寄存器对应位的值, 就可获得相应引脚的状态 Each bit in each PxIN register reflects the value of the input signal at the corresponding I/O pin when the pin is configured as I/O function. 位 r PxIN.7 PxIN.6 PxIN.5 PxIN.4 PxIN.3 PxIN.2 PxIN.1 PxIN.0 PxIN.y = 0, 端口 x 的引脚 y 输入为低 The input is low PxIN.y = 1, 端口 x 的引脚 y 输入为高 The input is high 例如果 P1IN 的内容为 00h, 表示端口 P1 的 8 个引脚的状态均为 0, 即低电平如果 P1IN 的内容为 0Fh, 表示端口 P1 的引脚 P1.7~P1.4 的状态为 0, 即低电平端口 P1 的引脚 P1.3~P1.0 的状态为 1, 即高电平

84 PxREN 上拉或下拉电阻使能寄存器 使能或禁止相应 I/O 引脚的上拉或下拉电阻 ; 位 PxREN.7 PxREN.6 PxREN.5 PxREN.4 PxREN.3 PxREN.2 PxREN.1 PxREN.0 复位值 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 PxREN.y = 1, 使能端口 x 的引脚 y 上拉或下拉电阻 ; PxREN.y = 0, 禁止端口 x 的引脚 y 上拉或下拉电阻 ; 使能引脚上拉或下拉功能后, 通过设置 PxOUT.y 相应位来选择上拉或下拉 PxOUT.y = 1, 选择端口 x 的引脚 y 通过电阻接到 Vcc 电源上, 把电平拉高 ; PxOUT.y = 0, 选择端口 x 的引脚 y 通过电阻接到 Vss 地线上, 把电平拉低 ;

85 PxDR 输出驱动强度寄存器 设置相应 I/O 引脚的输出驱动强度 ; 位 PxDR.7 PxDR.6 PxDR.5 PxDR.4 PxDR.3 PxDR.2 PxDR.1 PxDR.0 复位值 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 rw-0 PxDR.y = 1, 置端口 x 的引脚 y 为高驱动强度 ; PxDR.y = 0, 置端口 x 的引脚 y 为低驱动强度 ;

86 与基本 I/O 功能有关的地址

87

88

89

90 在 EW430 下查看各 P1~P6 端口 View/Registers/ Port 1/2 Port 3/4 Port 5/6,Port 7/8, Port 9, Port J

91 例 : 在 EW430 下查看 P3DIR View/Registers/ Port 3/4 点击 P3DIR 前的 +, 还可展开看 P3DIR 的各位