基于MSP430单片机的小直流电机控制器设计

一、设计题目：基于MSP430单片机的小直流电机控制器设计 (2)

二、MSP430F413单片机硬件结构及其程序设计方法 (2)

1．MSP430F413单片机硬件结构 (2)

⑴MSP430F413单片机硬件结构框图： (2)

⑵MSP430F413单片机引脚图： (3)

⑶16位CPU (3)

⑷片内存储器 (4)

⑸MSP430F413单片机片内外设控制字 (4)

2．MSP430F413最小系统的设计方法 (6)

3．MSP430F413单片机寻址方式和指令 (7)

⑴寻址方式 (7)

⑵指令概述 (7)

4．LCD驱动电路和显示程序 (8)

⑴MSP430F413液晶显示驱动电路 (9)

⑵液晶屏外形图及段位表 (9)

⑶液晶屏七段译码表 (10)

⑷液晶显示程序 (10)

5．MSP430F413单片机程序设计方法 (11)

三、直流小电机转向控制和转速控制方法 (12)

1．直流小电机转向控制原理和电路设计 (12)

2．小直流电机转向控制和转速控制原理和电路设计 (13)

3．基于MSP430单片机的小直流电机控制器电路设计 (13)

四、软件程序设计和调试 (14)

1．建立MSP430汇编源文件和项目文件 (14)

2．建立编译和连接路径 (17)

3．MSP430开发工具连接方法 (19)

4．编译和调试程序 (20)

一、设计题目：基于MSP430单片机的小直流电机控制器设计

基于MSP430单片机的小直流电机控制器硬件结构框图：

二、MSP430F413单片机硬件结构及其程序设计方法

1．MSP430F413单片机硬件结构

⑴MSP430F413单片机硬件结构框图：

⑵MSP430F413单片机引脚图：

⑶16位CPU

MSP430 CPU 具有一个16位的精简指令计算机结构，对应用是高度透明的。所有的操作，除了程序流程指令，都是通过源操作数的7种寻址模式和目标操作数的4种寻址模式的组合对寄存器操作进行的。

CPU 集成了16个寄存器，减小了指令执行时间。寄存器到寄存器操作的执行时间是一个CPU 周期。其中4 个寄存器用作特殊用途：一个是程序计数器，一个堆栈指针，一个状态寄存器和一个常数发生器。其余寄存器都可以用作通用寄存器。外围模块通过数据、地址和控制总线与CPU相连。通过所有存储器操作指令对它们进行控制操作。

⑷片内存储器

⑸MSP430F413单片机片内外设控制字

例1：看门狗定时器

看门狗定时器（WDT）的主要功能是在软件发生问题之后执行一次重启动。

使用时对WDT设置间隔定时时间，程序正常工作时，在间隔定时未到之前，清零WDT 重新计时，无时间到的复位信号；程序发生问题时，无法清零WDT，间隔时间到后WDT产生复位信号。

MSP430看门狗定时器（WDT）是带有中断和复位功能的16位增计数器。工作方式由WDTCTL 寄存器内容决定。

MSP430看门狗定时器（WDT）模块用作定时器时（产生中断信号而不产生复位信号），WDT的控制寄存标号、地址和控制字如下所示：

/*************************************************************

#define WDTCTL_0x0120

sfrw WDTCTL = WDTCTL_;

/* ACLK=32.768KHz 定时器模式*/

#define WDT_ADLY_1000 WDTPW+WDTTMSEL+WDTCNTCL+WDTSSEL /* TACLK*2POWER15=1000 ms " */

#define WDT_ADLY_250 WDTPW+WDTTMSEL+WDTCNTCL+WDTSSEL+WDTIS0 /* TACLK*2POWER13=250ms " */

#define WDT_ADLY_16 WDTPW+WDTTMSEL+WDTCNTCL+WDTSSEL+WDTIS1 /* TACLK*2POWER9=16ms " */

#define WDT_ADLY_1_9 WDTPW+WDTTMSEL+WDTCNTCL+WDTSSEL+WDTIS1+WDTIS0 /* TACLK*2POWER6=1.9ms " */

/*************************************************************

define 定义一个在整个文件中都有效的值。

sfrw 寄存器类型的字。

例2：输入输出端口

①P1，P2输入输出端口

分别有7个寄存器控制端口操作（字节操作）。

控制寄存标号、地址和控制字如下所示：

/*************************************************************

P1IN (0x0020) /* Port 1 Input */输入寄存器，只读。

P1OUT (0x0021) /* Port 1 Output */输出缓存寄存器。

P1DIR (0x0022) /* Port 1 Direction */方向寄存器。0：I/O引脚为输入; 1：I/O 引脚为输出。

P1IFG (0x0023) /* Port 1 Interrupt Flag */中断标志寄存器。0：没有中断申请；1：有中断申请。

P1IES (0x0024) /* Port 1 Interrupt Edge Select */中断触发沿选择寄存器。0：上升沿相应中断标志置位；1：下降沿相应中断标志置位。

P1IE (0x0025) /* Port 1 Interrupt Enable */中断使能寄存器。0：禁止该位中断；1：允许该位中断。

P1SEL (0x0026) /* Port 1 Selection */端口选择寄存器。0：引脚为I/O功能：1：引脚为外围模块功能。

P2 各寄存器定义与P1完全相同。

P2IN (0x0028) /* Port 2 Input */

P2OUT (0x0029) /* Port 2 Output */

P2DIR (0x002A) /* Port 2 Direction */

P2IFG (0x002B) /* Port 2 Interrupt Flag */

P2IES (0x002C) /* Port 2 Interrupt Edge Select */

P2IE (0x002D) /* Port 2 Interrupt Enable */

P2SEL (0x002E) /* Port 2 Selection */

/*************************************************************

②P3，P4，P5和P6分别由4个寄存器控制端口操作，不具备中断功能。

控制寄存标号、地址和控制字如下所示：

/*************************************************************

P3IN (0x0018) /* Port 3 Input */输入寄存器，只读。

P3OUT (0x0019) /* Port 3 Output */输出缓存寄存器。/

P3DIR (0x001A) /* Port 3 Direction */方向寄存器。0：I/O引脚为输入; 1：I/O 引脚为输出。

P3SEL (0x001B) /* Port 3 Selection */端口选择寄存器。0：引脚为I/O功能：1：引脚为外围模块功能。

P4，P5，和P6各寄存器定义与P3完全相同

P4IN (0x001C) /* Port 4 Input */

P4OUT (0x001D) /* Port 4 Output */

P4DIR (0x001E) /* Port 4 Direction */

P4SEL (0x001F) /* Port 4 Selection */

P5IN (0x0030) /* Port 5 Input */

P5OUT (0x0031) /* Port 5 Output */

P5DIR (0x0032) /* Port 5 Direction */

P5SEL (0x0033) /* Port 5 Selection */

P6IN (0x0034) /* Port 6 Input */

P6OUT (0x0035) /* Port 6 Output */

P6DIR (0x0036) /* Port 6 Direction */

P6SEL_ (0x0037) /* Port 6 Selection */

/*************************************************************

例3：基本定时器

具有定时功能，能向其他外围模块（如LCD控制）提供低频信号，控制寄存标号、地址和控制字如下所示：

/*************************************************************

BTCTL (0x0040) /* Basic Timer Control */

BT_fLCD_DIV32 (0x00) /* fLCD = fACLK:32 (default) */

BT_fLCD_DIV64 (BTFRFQ0) /* fLCD = fACLK:64 */

BT_fLCD_DIV128 (BTFRFQ1) /* fLCD = fACLK:128 */

BT_fLCD_DIV256 (BTFRFQ1+BTFRFQ0) /* fLCD = fACLK:256 */

/*************************************************************

2．MSP430F413最小系统的设计方法

MSP430F413最小系统电路图：

3．MSP430F413单片机寻址方式和指令

⑴寻址方式

MSP430 指令的寻址方式包括：寄存器寻址、索引（变址）寻址、符号寻址、绝对寻址、间接寻址、间接自动增量寻址和立即寻址。这七种方式均可用于源操作数；而可用于目的操作数的寻址方式包括：寄存器寻址、索引（变址）寻址、符号寻址和绝对寻址方式。

指令格式：指令助记符源操作数，目标操作数；注解。

寄存器寻址：MOV Rs, Rd；寄存器内容是操作数。

索引（变址）寻址：MOV x(Rn), y(Rm)；(Rn+x)、y(Rm)指向操作数。

符号寻址：MOV EDE, TON1；EDE, TON1指向操作数。

绝对寻址：MOV &MEM, &TCDAT ；MEM, TCDAT是操作数的绝对地址。

间接寻址：MOV @Rn, y(Rm)；Rn 用作指向操作数的指针。

间接自动增量：MOV @Rn+, Rm ；Rn 用作指向操作数的指针,其后Rn 被增量

立即数寻址：MOV #x, TON1 ；立即数x 本身就是操作数。

Rn、Rm中n、m=4~15 ，Rs 源寄存器，Rd 目标寄存器。

寻址方式操作举例：

寄存器寻址：MOV R10, R11；R10 → R11

索引寻址：MOV 2(R5), 6(R6) ；M(2+R5) → M(6+R6)

符号寻址：MOV EDE, TON1；M(EDE) → M(TON1)

绝对寻址：MOV &MEM, &TCDAT；M(MEM) → M(TCDAT)

间接寻址：MOV @R10, Tab(R6)；M(R10) → M(Tab+R6)

间接自动增量：MOV @R10+, R11；M(R10) → R11，R10+2 →R10

立即数寻址：MOV #0AAH, TON1 ；#0AAH → M(TON1)

⑵指令概述

MSP430系列单片机共有51 条指令汇编语言指令，概述如下：

状态位

操作码操作V N Z C ADD[.W]; ADD.B src, dst src + dst -> dst * * * *

AND[.W]; AND.B src, dst src .and. dst -> dst 0 * * *

BIC[.W]; BIC.B src, dst .not.src .and. dst -> dst - - - -

BIS[.W]; BIS.B src, dst src .or. dst -> dst - - - -

BIT[.W]; BIT.B src, dst src .and. dst 0 * * *

CALL #dst PC + 2 ->堆栈, dst -> PC - - - -

CLR[.W];CLR.B dst 清除目的操作数- - - -

CMP[.W];CMP.B dst dst – src * * * * DADD[.W];DADD.B src, dst src + dst + C -> dst (十进制) * * * *

DEC[.W];DEC.B dst dst - 1 -> dst * * * * DECD[.W];DECD.B dst dst - 2 -> dst * * * * DINT 禁止中断- - - - EINT 使能中断- - - -

JEQ/JZ 标号零位被置时转移到标号语句- - - -

JMP 标号无条件转移到标号语句- - - -

MOV[.W];MOV.B src, dst src -> dst - - - - NOP 空操作- - - -

POP[.W];POP.B dst 项目从堆栈弹出, SP + 2 -> SP - - - - PUSH[.W];PUSH.B src SP – 2 -> SP , src -> @SP - - - - RETI 从中断返回

TOS -> SR SP + 2 -> SP

TOS -> PC SP + 2 -> SZP - - - -

RET 从子程序返回

TOS -> SR SP + 2 -> SP - - - - RLA[.W];RLA.B dst 算术左移* * * * RLC[.W];RLC.B dst 带进位位左移* * * * SUB[.W];SUB.B src, dst dst + .not. src + 1 -> dst * * * * SUBC[.W];SUBC.B src, dst dst + .not. src + C -> dst * * * * 注状态位中* 表示影响、- 表示不影响、0 表示清零、1 表示置位。

4．LCD驱动电路和显示程序

液晶驱动的基本原理：反射环境光线，等效电容极板，驱动需加交流信号，功耗低。采用4MUX驱动（1/4占空比，1/4偏压）时，使用4个引脚作为液晶的公共端（COM0—COM3）。

段码显示器引脚数与段数的关系是：段数=（引脚数- 4）× 4

例：24引脚液晶屏，可显示80段，10位带小数点的数字。

偏压由外接分压电阻R9、R10、R11产生。

⑴MSP430F413液晶显示驱动电路

⑵液晶屏外形图及段位表

⑶液晶屏七段译码表

ORG 0FFC0h

Tablcd_1: DB 0d7h,06h,0e3h,0a7h ;0，1，2，3的七段码

DB 036h,0b5h,0f5h,07h ;4，5，6，7的七段码

DB 0f7h,0b7h,077h,0f4h ;8，9，A，B的七段码

DB 0d1h,0e6h,0f1h,071h ;C，D，E，F的七段码⑷液晶显示程序

Display:

mov.b #LCDM10,r14 ;清显示屏

mov.b #0ah,r5

display_7: mov.b #00h,0(r14)

dec.b r14

dec.b r5

jnz display_7

display_0: ;显示时分秒

mov.b &0202h,r15 ;

call #display_b ;

dec.b r14 ;

mov.b &0201h,r15 ;

call #display_b ;

dec.b r14 ;

mov.b &0200h,r15 ;

call #display_b ;

ret ;

display_b: mov.b r15,r13 ;显示"XX"

rra.b r13 ;

rra.b r13 ;

rra.b r13 ;

rra.b r13 ;

and.b #0fh,r13 ;

mov.b Tablcd_1(r13),0(r14) ;

dec.b r14 ;

mov.b r15,r13 ;

and.b #0fh,r13 ;

mov.b Tablcd_1(r13),0(r14) ;

dec.b r14 ;

ret ;

display_a: mov.b r15,r13 ;显示"XX."

rra.b r13 ;

rra.b r13 ;

rra.b r13 ;

rra.b r13 ;

and.b #0fh,r13 ;

mov.b Tablcd_1(r13),0(r14) ;

dec.b r14 ;

mov.b r15,r13 ;

and.b #0fh,r13 ;

mov.b Tablcd_2(r13),0(r14) ;

dec.b r14 ;

ret ;

5．MSP430F413单片机程序设计方法

最小监控程序实例：

#include "msp430x41x.h "

;主循环程序:

ORG 0E000h ;

Reset: mov.w #0300h,SP ;初始化堆栈指针

call #Setup ;初始化设置

Mainloop: bis.w #LPM3,SR ;CPU进入低功耗模式3

jmp Mainloop ;再次进入省电模式

;_______________________________________________________________________ ;初始化程序:

Setup: mov.b #SCFQ_4M,&SCFQCTL ;设置主时钟为4MHz

mov.w #WDT_ADLY_1000,&WDTCTL ;初始化看门狗定时1000ms bis.b #WDTIE,&IE1 ;允许看门狗中断

eint ;开中断

mov.b #BT_fLCD_DIV32,&BTCTL ;设置基本定时器

mov.b #0fch,&P5SEL ;设置LCD的Rx和COMx输

mov.b #LCDON+LCD4MUX+LCDP1,&LCDCTL;设置LCD的工作模式

ret ;

;中断定时,显示程序:

ORG 0FC00h ;

WDTint: bis.b #WDTIE,&IE1 ;允许看门狗中断

call #Display ;调显示程序

eint ;开中断

reti ;中断返回

;中断向量表:

RSEG INTVEC

DW WDTint ;0FFF4h 看门狗中断服务地址

DW Reset ;0FFFEh 启动后第一条指令地址

三、直流小电机转向控制和转速控制方法

1．直流小电机转向控制原理和电路设计

2．小直流电机转向控制和转速控制原理和电路设计

3．基于MSP430单片机的小直流电机控制器电路设计

四、软件程序设计和调试

1．建立MSP430汇编源文件和项目文件

2．建立编译和连接路径

进入路竞选择窗口后，首先选择软件所在盘，接下来逐级选择打开如下所述文件夹：Program file>IAR Systems>ew23>430>icc430，将会出现下图所示文件选择窗口，编译汇编语言选择msp430F413A；使用C语言选择msp430F413C。

选择仿真工具：Simlator由系统机仿真；Flash Emulation Tool下载到芯片仿真。

3．MSP430开发工具连接方法

采用隔离型仿真器将PC机与目标系统连接，如下图所示。使用IAR Systems软件将目标程序下载到目标系统中，或在PC机上仿真运行，或拔下仿真器让系统实时运行。

原理说明：

隔离型仿真器内部是通过两片ISO150AU隔离连接器，来完成PC主机与MSP430目标系统板之间的供电系统的电隔离，以避免PC主机与MSP430目标系统板由于供电电平不一致而损坏仿真器，从而对主机和仿真器起到了安全保护作用。该仿真器特别适用于用户开发的目标板采用220V交流供电系统供电、数据采集的产品开发、在线仿真、调试等工作。

仿真器（FET）的硬件安装：

仿真器通过25-pin芯电缆线与计算机并口连接，PC并口COMS默认为ECP或EPP模式。仿真器通过14-pin芯电缆线和目标板的JATG口连接。注意：目标系统必须外接电源，以完成对隔离型仿真器中ISO150AU的一端供电，否者该仿真器的一端因不会提供电源而无法正常进行仿真工作。如出现仿真器（FET）连接不正常，请重新设置PC机的COMS，使PC 机并口为EPP或ECP模式。

4．编译和调试程序