第一章 MSP430X5XXX 系列簡介 01.1 MSP430 系列嵌入式微控器簡介 01.2 MSP430F5438 系列嵌入式微控器簡介
1.1 MSP430 系列嵌入式微控器簡介 MSP430 為德州儀器 (TI) 公司在 1996 年推出的超低功耗混和信號微控器, 其家族包括 1XXX 2XXX 3XXX 4XXX 5XXX 6XXX 系列, 其種類型號區分如下表, 該系列微控器設計為由電池供電 具有 16 位元的 RSIC 結構, 其正交結構突破了累加器的瓶頸, 且靈活的時脈來源可以設置不同的工作模式以適應不同的低功耗狀態, 內置的數位控制震盪器 (DCO) 可以在中斷喚醒時快速的喚醒 CPU 至活動模式 表 1 1 MSP430 系列命名原則 MSP430 F 5438 A I PZ ( 發展型號 ) ( 製造技術 ) ( 序列編號 ) ( 修訂版本 ) ( 溫度範圍 ) ( 封裝類型 ) 項目說明發展型號 MSP: 標準型 MSX: 實驗型 PMS: 原始型製造技術 E:EPROM P:OPT F:FLASH C:ROM U:User S/W 序列編號 1XXX 2XXX 3XXX 4XXX 5XXX 6XXX 溫度範圍 MSP: 標準型 MSX: 實驗型封裝類型 DW:SOIC20 JL:CDIP20 DL:QFP64 PG:SSOP48/56 PM:QFP64 PJM:QPF100 HFD:CQFP100 PM:QFP100 FN/FZ:PLCC,CLCC 其它 1. 強大的處理能力 MSP430 為 16 位元的 RISC 結構, 具有 7 種定址方式,27 條核心指令及大量的仿真指令, 暫存器及內部數據儲存器都可以直接參與運算, 提高了系統效率 ; 有較高的處理速度, 在 8MHZ 的系統時脈下, 指令週期為 125ns 同時,MPSP430 系列的某些型號中包含了 16 位元的硬體乘法器, 可以實現多種乘法運算 DMA 處理器 硬體 CRC16 等, 大大的提高了系統的數據處理能力和運算能力, 可以有效的實現一些數位訊號處理 2. 超低功耗 MSP430 系列嵌入式微控器的電源採用了 1.8~3.6V 低電壓,RAM 中的資料保持只需要 0.1uA, 活動模式下為 250uA/MIPS, 埠的漏電流小於 50nA 3. 靈活的時鐘系統 MSP430 系列嵌入式微控器有非常獨特靈活的時鐘系統, 包括外部低頻震盪電路 (XT), 外部高頻震盪電路 (XT2), 和內部數位控制震盪器 (DCO), 在 5XXX 系列中還有內部低頻震盪器 (VLO) 和內部參考時鐘 (REFO) 等, 藉由這些震盪器可產生 ACLK MCLK SMCLK 用以供給不同的模組使用, 這些時鐘可以通過打開或關閉配置成不同的工作模式, 從而實現對不同的功耗的需求
MSP430 系列嵌入式控制器採用了向量中斷, 支持多個中斷向量, 並可以隨程式設計師需要使用, 用中斷喚醒時間小於 6us 的系統編程, 可以更進一步降低功耗, 並可以對外部事件及時響應 4. 系統穩定性當系統開始運行時, 首先由內部 DCO 來提供時鐘系統, 用以保證程序能夠從正確的位址開始執行, 並且留給外部震盪器有足夠的時間穩定 這時使用者可以根據需要配置自己的時鐘系統, 如果在系統執行過程中, 外部晶體發生故障, 系統自動將時鐘系統切換到內部 DCO, 保證了系統的正常執行 MSP430 系列嵌入式微控器均為工業級元件, 其工作溫度範圍為 40~+85 度, 運行穩定 可靠性高, 所設計的產可以應用於多種民用及工業領域 5. 豐富的高性能外部設施 TI 將其裡用內的技術應用於該系列產品中, 系列中的各成員都包含了相當豐富的內外部設備, 如 : 看門狗 比較器 計時器 通訊模組 硬體乘法器 CRC DMA LCD ADC DAC 驅動等 WDT 模組可以在程序失控時快速的重置, 比較器可以進行電壓的比對,ADC 可以配合計時器設計出 A/D 轉換器, 計時器可以達到事件計數 PWM 等功能, 通訊模組可以配置成 I2C SPI UART IrDA 等多種工作方式, 方便與其他系統通訊,LCD 模組最大可以驅動 160 段的 LCD, 埠最大可以輸出或輸入 6mA 的電流,P1 P2 埠具有可程式外部中斷能力, 使用了系統內提供的模組可以為使用者提供了多種了解決方案 6. 方便的開發環境絕大多數的 MSP430 都是設計成 Flash 型, 支持許多種的編程方式, 該系列都設計能有 JTAG 的編程接口, 可以很方便的進行系統編程和除錯, 其 Flash 儲存器可以做到系統內嵌自毀程序, 當系統被非法破壞時, 可以啟動其內部的自毀代碼將資料全部抹除, 保護了用戶的知識產權 目前 MSP430 的開發軟體有 AQ430 IAR CCE 和 CCS for MSP, 其中最有名的為 IAR, 有免付費版本, 但有 4KB 的程式碼上限, 可以到 IAR 公司網站 (www.iar.com) 或 TI 公司網站 (www.ti.com) 下載使用 而 FET 開發工具有 LSD FET430UIF(USB 介面 ) LSD FET430PIF( 並列埠 ) 相關資料可以至利爾達公司網站 (www.lierda.com) 或 TI 公司網站 (www.ti.com) 查詢
1.2 MSP430F5438 系列嵌入式微控器簡介 MSP430F5438 是 TI 公司新推出的一款具有 256KB 儲存容量的嵌入式微控器, 它繼承了以往 MSP430 系列的超低功耗的特點, 並在以前系列嵌入式微控器上加上了豐富的外部模組 1. 特點 低供電壓 2.2V~3.6V(MSP430F543X,MSP430F541X) 1.8V~3.6V(MSP430F543XA,MSP430F541XA) 低功耗 : 活動模式 (AM):165uA/MHZ at 8MHZ LPM3:2.60uA LPM4:1.69uA LPM5:0.1uA 待機模式喚醒時間 :5μs 16 位元的 RISC 結構, 可擴展記憶體 系統時脈可提升至 18MHZ(MSP430F543X,MSP430F541X) 系統時脈可提升至 25MHZ(MSP430F543X,MSP430F541X) 靈活的電源管理系統 內部 LDO 產生 Vcore 供電電壓, 供低電壓模組使用 提供電壓監控 一體化的時鐘系統 使用 FFL 系統使頻率更穩定 低功耗 / 低頻率內部時鐘 VLO 低頻內部時鐘 REFO 32kHZ 低頻石英震盪器 高頻石英震盪器可使用到 32MHZ 16 位元計時器 Timer0_A5 有 5 個採集 / 比較暫存器 16 位元計時器 Timer1_A3 有 3 個採集 / 比較暫存器 16 位元計時器 Timer_B7 有 7 個採集 / 比較暫存器 4 個通用的串列通訊介面 內部 UART, 支援自動鮑率檢測 IrDA 編碼和解碼 SPI 通訊 I2C 通訊 12 位元類比數位轉換 內部參考電壓 採樣保持電路
12 個外部採樣頻道,4 個內部採樣頻道 32 位元的硬體乘法器 支援三個頻道的 DMA 具有支援真實時鐘的基本計時器 256KB+512KB 的 Flash 16KB 的 RAM 2. 腳位圖 腳位定義圖 內部區塊圖 圖 1 1 腳位圖
表 1 2 腳位定義說明 名稱 編號 (PZ) 描述 P6.4/A4 1 通用 /ADC 輸入通道 A4 P6.5/A5 2 通用 /ADC 輸入通道 A5 P6.6/A6 3 通用 /ADC 輸入通道 A6 P6.7/A7 4 通用 /ADC 輸入通道 A7 P7.4/A12 5 通用 /ADC 輸入通道 A12 P7.5/A13 6 通用 /ADC 輸入通道 A13 P7.6/A14 7 通用 /ADC 輸入通道 A14 P7.7/A15 8 通用 /ADC 輸入通道 A15 P5.0/VREF+/VeREF+ 9 通用 /ADC 參考電壓正端輸出 /ADC 外部 參考電壓正端輸入 P5.1/VREF /VeREF 10 通用 /ADC 參考電壓負端輸出 /ADC 外部 參考電壓負端輸入 AVCC 11 類比正電源 AVSS 12 類比負電源 P7.0/XIN 13 通用 / 石英震盪器輸入端 P7.1/XOUT 14 通用 / 石英震盪器輸出端 DVSS1 15 數位正電源 DVCC1 16 數位負電源 P1.0/TA0CLK/ACLK 17 通用 /TA0 時脈輸入 /ACLK 輸出 P1.1/TA0.0 18 通用 /TA0_CCR0 採集 :CCI0A 輸入 ; 比較 : OUT0 輸出 /BSL 傳輸輸出 P1.2/TA0.1 19 通用 /TA0_CCR1 採集 :CCI1A 輸入 ; 比較 : OUT1 輸出 /BSL 傳輸接收 P1.3/TA0.2 20 通用 /TA0_CCR2 採集 :CCI2A 輸入 ; 比較 : OUT2 輸出 P1.4/TA0.3 21 通用 /TA0_CCR3 採集 :CCI3A 輸入 ; 比較 : OUT3 輸出 P1.5/TA0.4 22 通用 /TA0_CCR4 採集 :CCI4A 輸入 ; 比較 : OUT4 輸出 P1.6/SMCLK 23 通用 /SMCLK 輸出 P1.7 24 通用 P2.0/TA1CLK/MCLK 25 通用 /TA1 時脈輸入 /MCLK 輸出 P2.1/TA1.0 26 通用 /TA1_CCR0 採集 :CCI0A 輸入 ; 比較 : OUT0 輸出
名稱 編號 描述 P2.2/TA1.1 27 通用 /TA1_CCR1 採集 :CCI1A 輸入 ; 比較 : OUT1 輸出 P2.3/TA1.2 28 通用 /TA1_CCR2 採集 :CCI2A 輸入 ; 比較 : OUT2 輸出 P2.4/RTCCLK 29 通用 /RTCCLK 輸出 P2.5 30 通用 P2.6/ACLK 31 通用 /ACLK 輸出 P2.7/ADC12CLK/DMAE0 32 通用 /ADC 轉換時脈輸入 /DMA 外部觸發 輸入 P3.0/UCB0STE/UCA0CLK 33 通用 / USCI_B0 傳輸致能 / USCI_A0 時脈輸 出 P3.1/UCB0SIMO/UCB0SDA 34 通用 / USCI_B0 從入主出 / USCI_B0 資料線 P3.2/UCB0SOMI/UCB0SCL 35 通用 / USCI_B0 從出主入 / USCI_B0 時脈線 P3.3/UCB0CLK/UCA0STE 36 通用 / USCI_B0 時脈 / USCI_A0 傳輸致能 DVSS3 37 數位正電源 DVCC3 38 數位負電源 P3.4/UCA0TXD/UCA0SIMO 39 通用 / USCI_A0 資料輸出 / USCI_A0 從入 主出 P3.5/UCA0TXD/UCA0SOMI 40 通用 / USCI_A0 資料輸入 / USCI_A0 從出 主入 P3.6/UCB1STE/UCA1CLK 41 通用 / USCI_B1 傳輸致能 / USCI_A1 時脈 P3.7/UCB1SIMO/UCB1SDA 42 通用 / USCI_B1 從入主出 / USCI_B1 資料線 P4.0/TB0 43 通用 /Timer_B7 CCR0 採集 :CCI0A/CCI0B 輸入 ; 比較 :OUT0 輸出 P4.1/TB1 44 通用 /Timer_B7 CCR1 採集 :CCI1A/CCI1B 輸入 ; 比較 :OUT1 輸出 P4.2/TB2 45 通用 /Timer_B7 CCR2 採集 :CCI2A/CCI2B 輸入 ; 比較 :OUT2 輸出 P4.3/TB3 46 通用 /Timer_B7 CCR3 採集 :CCI3A/CCI3B 輸入 ; 比較 :OUT3 輸出 P4.4/TB4 47 通用 /Timer_B7 CCR4 採集 :CCI4A/CCI4B 輸入 ; 比較 :OUT4 輸出 P4.5/TB5 48 通用 /Timer_B7 CCR5 採集 :CCI5A/CCI5B 輸入 ; 比較 :OUT5 輸出 P4.6/TB6 49 通用 /Timer_B7 CCR6 採集 :CCI6A/CCI6B 輸入 ; 比較 :OUT6 輸出
名稱 編號 描述 P4.7/TBCLK/SMCLK 50 通用 /TB0 時脈輸入 /SMCLK 輸出 P5.4/UCB1SOMI/UCB1SCL 51 通用 / USCI_B1 從出主入 / USCI_B1 時脈線 P5.5/UCB1CLK/UCB1STE 52 通用 / USCI_B1 時脈 / USCI_B1 傳輸致能 P5.6/UCA1TXD/UCA1SIMO 53 通用 / USCI_A1 資料輸出 / USCI_A1 從入 主出 P5.7/UCA1RXD/UCA1SOMI 54 通用 / USCI_A1 資料輸入 / USCI_A1 從出 主入 P7.2/TBOUTH/SVMOUT 55 通用 /TB0 切換所有 PMM 輸出高阻抗 /SVM 輸出 P7.3/TA1.2 56 通用 /TA1_CCR2 採集 :CCI2B 輸入 ; 比較 : OUT2 輸出 P8.0/TA0.0 57 通用 /TA0_CCR0 採集 :CCI0B 輸入 ; 比較 : OUT0 輸出 P8.1/TA0.1 58 通用 /TA0_CCR1 採集 :CCI1B 輸入 ; 比較 : OUT1 輸出 P8.2/TA0.2 59 通用 /TA0_CCR2 採集 :CCI2B 輸入 ; 比較 : OUT2 輸出 P8.3/TA0.3 60 通用 /TA0_CCR3 採集 :CCI3B 輸入 ; 比較 : OUT3 輸出 P8.4/TA0.4 61 通用 /TA0_CCR4 採集 :CCI4B 輸入 ; 比較 : OUT4 輸出 VORE 62 內部核心電壓 DVSS2 63 數位正電源 DVCC2 64 數位負電源 P8.5/TA1.0 65 通用 /TA1_CCR0 採集 :CCI0B 輸入 ; 比較 : OUT0 輸出 P8.6/TA1.1 66 通用 /TA1_CCR1 採集 :CCI1B 輸入 ; 比較 : OUT1 輸出 P8.7 67 通用 P9.0/UCB2STE/UCA2CLK 68 通用 / USCI_B2 傳輸致能 / USCI_A2 時脈輸 出 P9.1/UCB2SIMO/UCB2SDA 69 通用 / USCI_B2 從入主出 / USCI_B2 資料線 P9.2/UCB2SOMI/UCB2SCL 70 通用 / USCI_B2 從出主入 / USCI_B2 時脈線 P9.3/UCB2CLK/UCA2STE 71 通用 / USCI_B2 時脈 / USCI_A2 傳輸致能 P9.4/UCA2TXD/UCA2SIMO 72 通用 / USCI_A2 資料輸出 / USCI_A2 從入 主出
名稱 編號 描述 P9.5/UCA2RXD/UCA2SOMI 73 通用 / USCI_A2 資料輸入 / USCI_A2 從出 主入 P9.6 74 通用 P9.7 75 通用 P10.0/UCB3STE/UCA3CLK 76 通用 / USCI_B3 傳輸致能 / USCI_A3 時脈輸 出 P10.1/UCB3SIMO/UCB3SDA 77 通用 / USCI_B3 從入主出 / USCI_B3 資料線 P10.2/UCB3SOMI/UCB3SCL 78 通用 / USCI_B3 從出主入 / USCI_B3 時脈線 P10.3/UCB3CLK/UCA3STE 79 通用 / USCI_B3 時脈 / USCI_A3 傳輸致能 P10.4/UCA3TXD/UCA3SIMO 80 通用 / USCI_A3 資料輸出 / USCI_A3 從入 主出 P10.5/UCA3RXD/UCA3SOMI 81 通用 / USCI_A3 資料輸入 / USCI_A3 從出 主入 P10.6 82 通用 P10.7 83 通用 P11.0/ACLK 84 通用 /ACLK 輸出 P11.1/MCLK 85 通用 /MCLK 輸出 P11.2/SMCLK 86 通用 /SMCLK 輸出 DVCC4 87 數位正電源 DVSS4 88 數位負電源 P5.2/XT2IN 89 通用 / 石英震盪器輸入端 P5.3/XT2OUT 90 通用 / 石英震盪器輸出端 TEST/SBWTCK 91 測試模式腳位 / 兩線制時時脈輸入端 PJ.0/TDO 92 通用 / 測試資料輸出 PJ.1/TDI/TCLK 93 通用 / 測試資料輸入 / 測試時脈輸入 PJ.2/TMS 94 通用 / 測試模式選擇 PJ.3/TCK 95 通用 / 測試時脈 RST /NMI/SBWTDIO 96 重置腳位 / 不可遮罩中斷腳位 / 兩線制資料輸 出或輸入 P6.0/A0 97 通用 /ADC 輸入通道 A0 P6.1/A1 98 通用 /ADC 輸入通道 A1 P6.2/A2 99 通用 /ADC 輸入通道 A2 P6.3/A3 100 通用 /ADC 輸入通道 A3
圖 1 2 功能區塊圖