超低功耗单片机 MSP430

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一、单片机概述

MSP430系列单片机的特点
MSP430系列单片机针对各种不同应用，包括一系列不同型号的器件，其主要特点体现在以下几个方面。

1.超低功耗MSP430系列单片机的电源电压采用1.8~3.6V低电压，RAM数据保持方式下耗电仅为0.1A/MIPS、活动模式为250μA/MIPS，而传统MCS51单片机为10~20mA/MIPS（MIPS，每秒百万条指令数)，l/O输入端口的漏电流最大仅50nA。

2.强大的处理能力MSP430系列单片机是16位单片机，或者说是伪16位单片机。在单片机内部，采用16位数据总线进行操作，并采用目前流行的、受好评的精简指令集（RISC)结构，一个时钟周期可以执行一条指令，而传统MCS51单片机要12个时钟周期才能执行一条指令。比如MSP430在8MHz品振驱动下工作时，指令速度可达8MIPS.

同时，MSP430系列单片机采用了一般只有DSP才有的16位多功能硬件乘法器、硬件乘-加功能、DMA（DXrect Memory Access)等一系列先进的结构体系，大大增强了数据处理和运算能力，可以有效地实现一些数字信号处理的算法（如FFT，DFT等)。这种结构在其他系列单片机中尚未使用。

3.高性能模拟技术及丰富的片上外国模块MSP430系列单片机结合TI公司的高性能模拟技术，集成了丰富的片内外设，包括：看门狗WDT,模拟比较器A，定时器A，定时器B，串口0，串口1，硬件乘法器，液晶驱动器，10位/12位/14位ADC，12位DAC，PC总线，DMA，端口P1~P6，基本定时器等。视不同型号可能有不同组合。

主要介绍MSP430F449这款单片机，不包括上述介绍的DMA、PC总线模块及数模转换DAC.

4.系统工作稳定上电复位后，首先由DCO.ClK启动CPU，以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体探荡器有足够的起振及稳定时间：然后通过软件设置适当的寄存器来确定最后的系统工作时钟。如果晶体振荡器用作CPU时钟MCLK时发生故障，DCO为自动启动，以保证系统正常工作。

5.方使高效的开发环境以MSP430F449为例（F代表单片机为Flash型），可以通过片内的JTAG接口下载程序到Flash,再由JTAG接口控制程序运行，读取片内CPU状态、存储器内容等信息供设计者调试，整个    开发过程（编译、调试、下载）都可以在同一个软件集成环境中进行。开发语言可选择汇编语言和C语言。目前常用的集成开发环境是IAR Workbench for MSP430.

6.MSP430操作简介MSP430系列单片机与MCS51系列单片机不一样，不需要对总线进行操作。其丰富的外设资源全部映射到相关寄存器，也就是说，对单片机的操作实际上就是通过位寻址的方式对相关寄存器进行赋值操作，并且每个寄存器都能进行位操作，使得寄存器的使用变得更加灵活方便。这是MSP430系列单片机与MCSS1系列单片机相比另一个独特的地方。



MSP430系列单片机在系统中的应用
由于MSP430单片机具有功耗低，速度快，片内资源丰富，I/O口多，数字噪声低等特点，MSP430单片机具有广泛的应用场合。
控制类：可以通过内部丰富的定时器功能产生可灵活控制的PWM信号，丰富的IVO口和强大的中断功能为传感器与控制电路的设计提供了充足的资源。
通信类：内部丰富的串口资源以及灵活的时钟设置给通信系统提供了强大的支持，利用定时器可以直接产生已调制的ASK信号。
电源类：利用定时器产生PWM信号和SPWM信号进行逆变控制，丰富的中断资源也为电源系统的安全保护提供了有力的保证。
仪器类：丰富的IVO口资源以及内部集成ADC12的模块等可以用来设计仪器类的应用，比如宽带放大器。


片内主要模块介绍
MSP430F449集成了丰富的片内模块，包括时钟模块、定时器、I/O端口、串行通信、模数转换、液晶驱动等，图1-1所示为MSP430F449系统资源枢图。



时钟模块
要熟练使用MSP430，首先要熟悉其时钟系统，稳定适合的时钟是单片机正常运行的必需条件。另外，MSP430系列单片机众多片内模块都需要时钟源进行驱动。MSP430F449单片机时钟模块由高速晶体振荡器、低速晶体振荡器、数字控制振荡器DCO、锁相环增强版本FLL+构成。整个时钟模块为MSP430F449产生3个时钟源，分别是：

LFXT1CLK 低频时钟，一般由32768Hz品振产生
XT2CLK高频时钟，一般由8MHz晶振产生
DCOCLK片内数字控制RC振荡器，经常用作系统和外设的时钟信号，其稳定性由FLL+硬件控制。

MSP430F449的3个时钟源可以提供的4种时钟信号
①ACLK辅助时钟：ACLK来自LFXT1CLK信号，ACIK可由软件选作各个外围模块的时钟信号，一般用于低速外设，比如显示器，键盘扫描，低速数模、模数转换器等。
②ACLK/n:ACLK经1、2、4、8分频后由Pl.5输出，仅供外部电路使用。
③MCLK系统主时钟：MCLK可由软件选择来自LFXTICLK、XT2CLK或DCOCLK三者之一，然后经1、2、4、8预分频得到。MCL.K主要用于CPU和系统。
④SMCLK子系统时钟：可由软件选择来自XT2CLK和DCOCLK。SMCLK主要用于高速外围模块。
图1-2为MSP430F44X时钟模块的原理枢图，可根据系统的实际需求选择外围晶振，并通过软件设置系统各功能模块的工作时钟。




MSP430F449时钟模块寄存器
MSP430F449可通过寄存器来设置系统的时钟，涉及的寄存器如表1-1所示。



这些控制寄存器都是字节形式的，必须以字节指令来访问。
1.SCFQCTL系统时仲控制寄存器寄存器SCFQCTL.的位（见表1-2）与含义如下：



M：调节器使能控制0调制器使能；
1调制器禁止。

N,DOOCLK 倍数




系统复位信号后，SCFQCTL的默认值为31，DCO+=0。
2.SCF10系统频率积分寄存器0寄存器SCF10的位(见表1-3）与含义如下：





FLL.Dx:FLL+环分频系数，DCOCLK在FLL+反馈环中被分频。
00不分频：
012分频；104分频：
118分频。
FN_X:DOCL.K频率的调整范围控制，如表1-4所示。



MODx（LSBx)是10位DCOCLK频率调整参数的最后两位，含义见SCFl寄存器部分。这10位DCOCLK频率调整参数由FLL+硬件自动完成。
3.SCFl1系统须率积分寄存器1寄存器SCF1的位（见表1-5）与含义如下：





DCOx；DCOClK频率周期控制，这5位控制DCOCLK频率周期的29种组合，每一个组合比前一个组合高出10%。
MODx:调制器控制位的高3位，低2位在SCF10中，这3位控制32种可能的周期混合方式。

4.FL_CTLOFLL+控制寿存器0寄存器FL_CTLO的位（见表l-6）与含义如下：




D00+；选择O用作MCLK或SCK前是否需要预分频。
0不分频；1分频。
XTS.FLL:选择LFXT1模式。
0低频模式：
1高频模式。
Os-Cap:选择振荡器电容。
000~lpF；011~6pF；102~8pF；113～10 pF.
XT2OF,XT2振荡器失效标志。注意，在MSP430F41X/42X中没有XT2.
0没有失效：
1失效。
XTlOF,L.FXTl振荡器在高频模式下的失效标志。
0没有失效：
1失效。
LFOF:LFXTI振荡器在低频模式下的失效标志。
0没有失效：
1失效。
DCOF,DCO振荡器失效标志。
0没有失效：
1失效。
5.FLL_CTL.1 FLL+校制寄存器1寄存器FLL.CTLl的位(见表17）与含义如下；




SMCLKOf：关闭时钟信号SMCLK。无须使用SMCLK进行高速外设驱动时，可以关闭，降低系统功耗。
0打开SMCLK；1关闭 SMCLK。
XT20ff：关闭XT2振荡器。如果XT2没有被用作MC1K或者SMCLK，则关闭XT2。
0打开XT2；1关闭XT2。
SELM：选择MCLK时钟源。
00，01DOOCLK；10XT2CLK；11LFXTICLK。
SELS：选择SMCLK时钟源。
0DCOCLK；1XT2XLK。
FLL_DIV:LFXT1频率的分频因子。
00不分频；012分频；104分频；118分频。