msp430單片機入門知識

1、前沿1、MSP430系列單片機系統(tǒng)工程設(shè)計與實踐這本書是我見過的最好的關(guān)于單片機的書，非常值得逐字逐句的徹底學習一遍。2、與51不同，MSP430單片機是RISC處理器，通過對比兩者的區(qū)別，可以建立起代碼移植的思想。3、MSP430單片機屬于混合信號處理器，資源極其豐富，有利于全面學習硬件知識。青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強21.1 初識MSP430單片機MSP430：低功耗之王，水果電池驅(qū)動1、為什么我們在乎功耗？凡是以電池為電源的電子設(shè)備都看重低功耗。幾乎所有的單片機會標榜自己有低功耗方面的設(shè)計。2、MSP430為什么可以成為低功耗之王？在硬件上，cpu和不用的模塊可以休眠在軟件上，

2、必須設(shè)計恰當?shù)男菝吆蛦拘?30是實現(xiàn)低功耗的必要條件，非充分條件。青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強31.1.1 MSP430單片機的應(yīng)用前景便攜設(shè)備，高集成度、小型化。野外安置的終身電池設(shè)備。無需額外供電的自供電設(shè)備。高精度測量、控制領(lǐng)域。當普通單片機用。青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強41.1.2 MSP430單片機的特點多時鐘系統(tǒng)CPU時鐘、功能模塊時鐘、休眠喚醒時鐘軟件設(shè)置時鐘16位RISC處理器，單指令周期模塊化結(jié)構(gòu)各模塊完全獨立，不需要cpu干涉避免了cpu與外部模塊復雜的數(shù)據(jù)通信學會最貴的430，等于會用了全系列430青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強5采用馮諾依曼結(jié)構(gòu)（

3、普林斯頓結(jié)構(gòu)），程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。舉例：實現(xiàn)存儲器中兩數(shù)據(jù)相乘，要經(jīng)過3個步驟，通過總線取兩個數(shù)據(jù)和取出指令（干什么）到CPU。如果是哈佛結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分開。430可以在ram里跑程序，加上具有flash控制器，可實現(xiàn)固件更新。rom中的升級代碼-復制到ram運行-擦除rom-升級rom1.1.2 MSP430單片機的特點青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強6科普：ROM、RAM、DRAM、SRAM、EEPROM、FLASH存儲器存儲器揮發(fā)性存儲器非揮發(fā)性存儲器RAM可擦寫只讀SRAMDRAMEPROMEEPROMFLASHROM速度最高最貴要定時刷新紫外線擦寫電擦

4、寫電擦寫PROM計算機CPU一二級緩存計算機內(nèi)存條絕種ing貴，慢前途無量絕種了6個晶體管構(gòu)成1bit一個晶體管+電容充放電Floating gate transister 我們現(xiàn)在用的51，都是flash rom的，但是內(nèi)部沒有flash控制器，所以需要EEPROM存實時數(shù)據(jù)。 Msp430帶flash控制器，單片機自己就能擦寫flash，所以不用EEPROM。青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強7MSP430FE425A資源8M/s處理速度512RAM（數(shù)據(jù)）+16KB Flash（程序代碼）內(nèi)置Flash控制器，剩余Flash可存數(shù)據(jù)。內(nèi)置時鐘管理單元，可內(nèi)部倍頻3路同步采樣、差分輸入、

5、32倍程控增益放大器的16位ADC溫度傳感器1.2V基準源和輸出緩沖器128段LCD驅(qū)動器增強UART串口看門狗BasicTimer定時器16位TimeA定時器，3路捕獲和2路PWM內(nèi)置BOR復位電路16個雙向可中斷IO口內(nèi)置電能計量模塊后綴帶A的，比如FE425A帶硬件乘法器青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強81.1.3 MSP430單片機最小系統(tǒng)一般單片機最小系統(tǒng)需要什么？電源、晶振、復位、下載/仿真接口MSP430FE425自帶片內(nèi)數(shù)控時鐘（DCO），掉電復位電路（BOR）一般講究一點都需要“電源監(jiān)視芯片”內(nèi)部時鐘一般不如晶振精確可以外接手表晶振32.768k，然后倍頻JTAG、SBW

6、、可下載+調(diào)試，BSL只能下載青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強91.2 MSP430單片機開發(fā)軟件入門一般用IAR430軟件工程管理、程序編輯、代碼編譯下載、仿真調(diào)試工程管理：管理外部函數(shù)、頭文件。程序編輯：寫代碼編譯：替程序員處理所有打雜的事情C-匯編調(diào)試：真正的考驗水平的地方，不是所有單片機都支持調(diào)試，這是要硬件支持的。青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強10全速執(zhí)行、單步執(zhí)行。執(zhí)行到光標處設(shè)置斷點（在程序中加一個空操作，然后用來設(shè)斷點）查看變量寄存器查看調(diào)用函數(shù)關(guān)系青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強111.3 MSP430單片機C語言基礎(chǔ)C語言、編譯器和機器碼之間的關(guān)系語言、編譯器

7、和機器碼之間的關(guān)系Main（）.C語言源文件VC編譯器PC（8086）機器碼ICC430編譯器MSP430單片機機器碼Keil-C51編譯器51單片機機器碼l在寫C語言的過程中，盡量消除不同CPU的差異，或者將差異集中到一個地方做修改，那么就能方便的實現(xiàn)代碼移植。l我們現(xiàn)在寫C程序，就必須按此要求嚴格要求自己。l這樣才能一通百通，才能減少重復勞動。青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強121.3.1 變量我們?yōu)槭裁匆x各種變量？定義短字節(jié)變量有哪些好處和壞處？定義長字節(jié)變量有哪些好處和壞處？一些特殊的關(guān)鍵字const unsigned char Table7=1,2,3,4,5,6,7stat

8、ic int a;/本地全局變量volatile int b；/不被優(yōu)化_no_init int c; /不對其初始化為什么要慎重使用全局變量？青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強131.3.2 數(shù)學運算盡可能避免浮點數(shù)運算。運算慢、非常慢。占用RAM多。所以應(yīng)盡量避免使用浮點數(shù)float。防止定點數(shù)溢出。long int x;int a;x=a*1000;/a和1000都是int型，a65溢出應(yīng)改為x=a*long(1000) 或x=(long)a*1000青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強14小數(shù)的處理例如，溫度的最后計算公式為：Deg_C=ADC*1.32/1.25-273為避免浮點數(shù)

9、可改為：Deg_C=（long）ADC*132/125-273如需保留1位小數(shù)，則：Deg_C=（long）ADC*1320/125-2730 /擴大10倍程序中加上明確注釋在顯示時，將小數(shù)點移位即可減小乘除法取平均時，盡量取2、4、8等2次冪，這樣可以用移位代替乘除（可編譯器自動）后綴帶A的型號有硬件乘法器（自動使用）青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強151.3.3 位操作精簡指令處理器如何寫IO口？P2OUT = P2OUT | 0 x01; /P2.0置高 按位或P2OUT |=0 x01;/一般均簡寫成這樣P2OUT &=0 x01;/P2.1置低 按位與P2OUT =0 x

10、04;/P2.2取反 按位異或#define BIT0（0 x01）/宏定義.P2OUT |=BIT0; /P2.0置高P1OUT &=(BIT1+BIT2+BIT3)/P1.1 P1.2 P1.3置低精簡指令處理器如何讀IO口？char Key；If(P1IN&BIT5)=0)P2OUT |=BIT0;If(P1IN&BIT5)P2OUT |=BIT0;If(P1IN&(BIT5+BIT6)P2OUT |=BIT0;If(P1IN&BIT5)Key=1;/讀P1.5值賦給KeyelseKey=0;青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強161.3.4 寄存

11、器操作如何理解寄存器操作？如果設(shè)計模擬電路算是天才干的事情，那么操作單片機的寄存器就算是傻瓜干的事情。處理器把能干的事全干了，需要人過問的事情，通過一系列開關(guān)讓人來選擇，所以這是傻瓜就能干的事情越是功能強大的處理器，需要配置的寄存器越多。處理器說明書就是用來查寄存器功能的青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強17宏定義幫助我們理解抽象的數(shù)字查說明書，找到控制串口收發(fā)的是IE1寄存器的最高兩位，我們可以用下面的賦值。IE1 |= BIT6/開串口收中斷IE1 |= BIT7/開串口發(fā)中斷為便于記憶和理解，頭文件中有如下宏定義：#define URXIE0（0 x40）/在MSP430 x42x.h

12、#define UTXIE0（0 x80）/頭文件中已有IE1 |=URXIE0+UTXIE0以后我們接觸高級處理器的程序中，大部分都是這么寫，不會像51里面直接寫TMOD=0 x20這樣青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強18特別注意：使用“|=”賦值不會影響其他位，但要搞清楚是不是要先對標志位清0。例如：PWM控制器輸出模式有3個控制位，可以表示8種模式。頭文件中定義了OUTMODE_0OUTMODE_7宏定義，000-111。TACCTL1 |= OUTMODE_3;/011.TACCTL1 |= OUTMODE_6;/110實際效果是111，也就是模式7青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心

13、傅強191.3.5 中斷中斷的作用是快速響應(yīng)事件430中幾乎所有“資源”都帶中斷，為的是休眠cpu后，喚醒CPU。Cpu發(fā)送指令給模塊，然后休眠。模塊執(zhí)行完畢后，中斷喚醒CPU。中斷向量表位于ROM最高段0 xFE000 xFFFF(512B)特別注意！430的中斷沒有中斷嵌套的優(yōu)先級#pragma vector=BASICTIMER_VECTOR_interrupt void BT_ISR(void).青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強20Msp430 x42x頭文件中的中斷向量表#define BASICTIMER_VECTOR(0*2u) /*0 xFFE0 基礎(chǔ)定時器）PORT2_V

14、ECTOR (1 * 2u) /* 0 xFFE2 P2 */PORT1_VECTOR (4 * 2u) /* 0 xFFE8 P1 */TIMERA1_VECTOR (5 * 2u) /* 0 xFFEA Timer A CCR1/2*/TIMERA0_VECTOR (6 * 2u) /* 0 xFFEC Timer A CCR0 */USART0TX_VECTOR (8 * 2u) /* 0 xFFF0 串口發(fā)送 */USART0RX_VECTOR (9 * 2u) /* 0 xFFF2 串口接收*/WDT_VECTOR (10 * 2u) /* 0 xFFF4 Watchdog Time

15、r */SD16_VECTOR (12 * 2u) /* 0 xFFF8 16位ADC */NMI_VECTOR (14 * 2u) /* 0 xFFFC Non-maskable */RESET_VECTOR (15 * 2u) /* 0 xFFFE Reset */青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強21中斷的具體過程事先將中斷服務(wù)程序入口地址裝入中斷向量表。中斷發(fā)生后，如果中斷被允許（可屏蔽中斷），CPU將當前程序地址和CPU狀態(tài)寄存器SR壓入堆棧。跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序入口，備份寄存器入堆棧。開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序。退出中斷前，恢復寄存器。CPU取回SR寄存器，跳轉(zhuǎn)回中斷前主程序地址。青島大

16、學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強22退出中斷時喚醒CPU進中斷前CPU休眠，那么退出中斷后CPU仍然休眠?？梢栽谥袛嘧映绦蛑行薷亩褩Ｖ械腟R，使得中斷結(jié)束后，CPU不休眠。#pragma vector=BASICTIMER_VECTOR_interrupt void BT_ISR(void)._low_power_mode_off_on_exit();/此函數(shù)經(jīng)匯編優(yōu)化青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強23中斷標志位同類中斷合并成一個總的中斷。由軟件判斷中斷標志位flag來確定具體中斷。什么是標志位？不急用、待查詢。#pragma vector=PORT1_VECTOR_interrupt v

17、oid P1_ISR(void)if(P1IFG&BIT5).if(P1IFG&BIT6).P1IFG=0;青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強241.3.6 內(nèi)部函數(shù)頭文件instrinsic.h和in430.h_low_power_mode_0(); 或LPM0_low_power_mode_off_on_exit(); _delay_cycles(long int cycles);_enable_interrupt(); 或_EINT();_diaable_interrupt();或_DINT;_no_operation();或_NOP();_swap_bytes(x);

18、_bcd_add_short(unsigned int,unsigned int)青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強251.3.7 庫函數(shù)IAR EW430提供100個庫函數(shù)Ctype.h字符處理類Math.h數(shù)學類Stdio.h輸入和輸出類Stdlib.h通用子程序類String.h字符串處理類庫函數(shù)是C語言通用的，內(nèi)部函數(shù)與特定處理器有關(guān)。青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強261.4 文件管理將大程序劃分為若干小的C文件，最常用的劃分方法是按功能模塊劃分（對象）。/* DataProcess.c */int Sum（int a,int b,int c）int y;y=a+b+c;ret

19、urn(y);float Average（int a,int b,int c）float y;y=a+b+c;return(y/3);/* DataProcess.h */Extern int Sum (int a,int b,int c);Extern float Average(int a,int c);/* main.c */#include “DataProcess.h”.void main().Tem=Average(tem1,tem2,tem3);Weight=Sum(W1,W2,W3);.青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強27全局變量的處理隸屬關(guān)系模糊的全局變量單獨建

20、global.c隸屬于某模塊的，寫在模塊c文件中/* global.c */int BattVoltage;unsigned int SystemStatus;int Temperature;/* global.h */Extern int BattVoltage;Extern unsigned int SystemStatus;Extern int Temperature;/* DataProcess.c */Unsigned char OverflowFlag;int Sum（int a,int b,int c）int y;y=a+b+c;If(y65535)OverflowFlag=1;

21、return(y);/* DataProcess.h */Extern int Sum (int a,int b,int c);Extern unsigned char OverflowFlag;青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強281.5 代碼優(yōu)化編譯器可自動對代碼進行優(yōu)化速度快，但占rom多速度慢，占rom少可選優(yōu)化等級，等級越高，占rom越小調(diào)試階段最好關(guān)閉優(yōu)化要是不優(yōu)化還有變量改變，則加volatile青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強291.6 風格對于寫程序代碼，有3個層次首先，計算機要能讀其次，要自己能讀最后，要別人能讀青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強301.6.1 變量

22、命名規(guī)則變量名要有含義，不要隨便用abcxyz變量名最好是名詞詞性，1-4個單詞每個單詞首字母大寫Int InputVoltage；Int Temperature；必須出現(xiàn)空格時，用下劃線代替Int Degree_C;Int Degree_F;單詞較長，適當簡寫int NumOfInputChr;Int Deg_F;多個模塊都有的變量，按“模塊名_變量名”Char ADC_Status;Int UART1_RxcharCnt;約定俗成的變量不要改動I、j作為循環(huán)變量，p、q作為指針，s、t表示字符串青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強311.6.2 函數(shù)命名規(guī)則模塊名_不及物動詞模塊名_及物動

23、詞+名詞首字母大寫專用名詞全部大寫長單詞縮寫返回值是布爾型的，對返回1還是0的表意清晰Unsigned int ADC16_Sample();CharLCD_Init();CharRTC_Get();VoidPWM_SetPeriod();VoidFlash_WriteChar();VoidUART_GetChar();CharKey_GetKey();CharTouchPad_GetKey();TransmitTxRecetiveRxCountCntTo2CharUART_CheckTxBuff()；/檢查緩沖區(qū)Char UART_IsTxBuffFull();/緩沖區(qū)是否已滿青島大學-TI

24、 大學生創(chuàng)新中心 傅強321.6.3 表達式好的表達式可以朗讀出來消除歧義，運算優(yōu)先級拿不準就加括號，表達式復雜就拆開。If ( UART_IsTxBuffFull() )UART_ClearTxBuff();ElseUART_PutChar(0 x55);i=5; j=+i;結(jié)果i=6,j=6等效于i=5; i=i+1; j=i;i=5; j=i+;結(jié)果i=6,j=5等效于i=5; j=i; i=i+1;青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強331.6.4 風格一致性For(i=0;i100;i+)for(j=0;jDOT;i- -) /從第6位到小數(shù)點依次遞減 if(DispBuffi=0)

25、 DispBuffi= ; /如果該位數(shù)值是0，則替換成空格 else break; /如果不是，則跳出循環(huán)For(i=6;iDOT;i- -) /對全部6位顯示數(shù)據(jù)進行判斷 if(DispBuffi=0) DispBuffi= ; /消隱小數(shù)點前的無效0 else break;青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強35功能函數(shù)的注釋/* 名 稱： LCD_DisplayDigit()* 功 能： 在LCD上任意位置顯示一個數(shù)字* 入口參數(shù)： Digit: 待顯示數(shù)字 （09） Location: 顯示位置 從左至右對應(yīng)76543210* 出口參數(shù)： 無* 說 明： 調(diào)用該函數(shù)不影響LCD其他位

26、的顯示。* 范 例： LCD_DisplayDigit(3,0); /在第一位（右側(cè)最低位）顯示3 LCD_DisplayDigit(2,1); /在第二位顯示2 LCD_DisplayDigit(1,2); /在第三位顯示1 - 顯示結(jié)果: 123*/void LCD_DisplayDigit ( char Digit, char Location ) char DigitSeg;/ 存放字形筆劃的變量 char *pLCD;/ 存放LCD顯存指針的變量 DigitSeg = LCD_TabDigit; / 得到待顯示數(shù)字的字形筆劃 pLCD= &LCDM1; / 獲得LCDM1的地

27、址 pLCDLocation= DigitSeg; / 在LCDM1之后Location個單元顯示出數(shù)字 青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強361.6.6 宏定義宏定義給予常數(shù)可讀性宏定義全部大寫，以區(qū)別變量數(shù)據(jù)加括號，注釋使用/*/#define TXBUFF_SIZE(128)/*發(fā)送緩沖區(qū)大小*/#define LCD_ROW(128)/*點陣液晶行數(shù)*/ #define LCD_CLUMN(128)/*點陣液晶列數(shù)*/ #define LCD_BUF_SIZE(LCD_CLUMN*LCD_ROW/8)/*點陣液晶緩沖區(qū)大小*/ Unsigned char TxBuffTXBUFF_S

28、IZE;/定義發(fā)送緩沖區(qū)Char IsTxBuffFull()if(NumOfTxChars=TXBUFF_SIZE) return(1);/緩沖區(qū)是否滿？else return(0);青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強37使用宏定義時，要防止定點數(shù)溢出宏定義的用途廣泛增強程序的可移植性進行軟件版本的管理#define VOLT_RATE(1000)/*比例系數(shù)*/.long Voltage;Int InputValue;.Voltage=InputValue*VOLT_RATE;/*可能溢出*/#define VOLT_RATE(long(1000)/*比例系數(shù)，強行整成long*/青島大

29、學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強381.7可移植性可移植性是嵌入式軟件設(shè)計的重要思想用到不同的硬件，比如LCD到數(shù)碼管用到不同的處理器，比如51到430，ARM編程時應(yīng)盡量消除硬件差異無法消除的差異，集中到小的局部來修改青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強391.7.1 消除CPU差異例如用宏定義消除IO口操作的差異此后的程序不用修改，直接用LED_ON和LED_OFF來操作IO口#include”MSP430 x42x.h”#define LED_ONP2OUT |=BIT0#define LED_OFFP2OUT &=BIT0#include”reg51.h”Sbit LED=P20

30、;#define LED_ONP2.0=1;#define LED_OFFP2.0=0;青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強401.7.2 消除硬件差異用宏定義消除硬件差異例如LCD或數(shù)碼管的IO口，順序經(jīng)常會改變/*宏定義，數(shù)碼管ag、DP各段對應(yīng)的比特，更換硬件只用改動以下8行*/#define a0 x01#define b0 x02#define c0 x04#define d0 x08#define e0 x10#define f0 x20#define g0 x40#define DP0 x80/*宏定義自動生成段碼表，不要改動*/Const char LCD_Tab =a+b+c

31、+d+e+f,/0b+c,/1a+b+d+e+g,/2a+b+c+d+g,/3b+c+f+g,/4a+c+d+f+g,/5a+c+d+e+f+g, /6a+b+c,/7a+b+c+d+e+f+g, /8a+b+c+d+f+g, /9 #undef a .青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強41 用函數(shù)來消除硬件差異例如控制電機的啟和停直流電機設(shè)置IO口高低電平即可步進電機要輸出一定規(guī)則的脈沖序列大型交流電機需要用串口控制變頻器我們把具體操作“封”在函數(shù)里Moter_ON( ).Moter_OFF( ).青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強421.7.3 軟件層次劃分大量復雜的調(diào)用函數(shù)需要有清晰

32、的層次關(guān)系菜單/人機界面Key_GetKey();Key_WaitKey();鍵盤緩沖區(qū)【FIFO】定時掃描并判斷按鍵LCD_Clear();LCD_DisplayNumber();LCD_DisplayDecimal();LCD_InsertChar();LCD_DeleteChar();顯示緩沖區(qū)【數(shù)組】LED定時循環(huán)掃描LED顯存映射應(yīng)用層功能函數(shù)層硬件隔離層硬件驅(qū)動層青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強43應(yīng)用層：最終功能，往往和人的感官有關(guān)功能層：功能函數(shù)，表達具體要干什么硬件隔離層：宏定義、緩沖區(qū)、函數(shù)封裝硬件隔離層（硬件抽象層Hardware Abstract Layer，HAL

33、）是非常重要的環(huán)節(jié)。功能函數(shù)只操作硬件隔離層的數(shù)據(jù)，與具體硬件無關(guān)。硬件驅(qū)動層：和具體硬件有關(guān)的代碼，硬件驅(qū)動層從硬件隔離層獲得“指示”，或是將“結(jié)果”發(fā)送至硬件隔離層。青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強44軟件劃分層次的好處每個層的函數(shù)只對上下層“可見”，這樣設(shè)置好接口參數(shù)后，各單元軟件可獨立開發(fā)。改動硬件時，只需配置相應(yīng)的底層驅(qū)動，修改硬件隔離層，而整個大軟件功能可以不變。軟件的可移植性增強。功能層的函數(shù)無需關(guān)心硬件如何實現(xiàn)，以及何時何處被應(yīng)用層調(diào)用，專心做好自己的事情就行。將大型軟件任務(wù)分塊，團隊合作。只要明確了模塊功能，接口規(guī)范，就能分派任務(wù)。青島大學-TI 大學生創(chuàng)新中心 傅強451.7.4 接口Void RTC_Tick(int DivSec)/硬件無關(guān)的走時函數(shù)，DivSec入口 char Days;/每月的天數(shù)變量 DSEC+;/定時中斷加數(shù) DISAB