MSP430单片机硬件结构及原理

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MSP430 CPU的寄存器
简写 功能
R0
R1 R2 R3
程序计数器PC，指示下一条将要执行的指令地址。
堆栈指针SP，指向堆栈栈顶 状态寄存器SR/常数发生器CG1 常数发生器CG2
R4
…… R15
通用寄存器
…… 通用寄存器
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（1）程序计数器PC/R0



程序计数器是MSP430 CPU中最核心的寄存器， 指示出下一条即将执行的指令的地址。 程序计数器PC的内容总是偶数，指向偶字节地址. 程序计数器PC可以像其他寄存器一样用所有指令 和所有寻址方式访问，但对程序存储器的访问必须 以字为单位，否则会清除高位字节。 程序计数器PC的变化的轨迹决定程序的流程. 程序计数器PC的宽度决定了存储器可以直接寻址 的范围。 MSP430的程序计数器是16位的计数器，，最多 直接寻址的存储空间高达64KB。
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存储空间的分布也存在一些差异：







不同型号器件的代码存储器容量不一样； 代码存储器的起始地址不一样，每一种器件的代码存储器 的起始地址为 起始地址 = 10000H — 该器件的代码容量 仅FLASH型有信息存储器，而且不同的器件地址也不一 样，但容量都是256B 仅FLASH型有引导存储器，而且不同器件的地址也不一 样，但容量都是1KB 各器件数据存储器的末地址也不一样，其末地址为 末地址 = 该器件数据RAM容量 + 0200H 中断向量的具体内容因器件不同而不同； 所有器件的8位、16位外围模块地址范围内的具体内容因 器件不同而不同。
0FFFEH 0FFFCH
0FFFAH 0FFF8H 0FFF6H 0FFF4H 0FFF2H 0FFF0H 0FFEEH 0FFECH 0FFEAH 0FFE8H 0FFE6H 0FFE4H 0FFE2H
15 14
13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
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2 用户程序区

用户程序区一般用来存放程序与常数或表格。 MSP430的存储结构尤其允许存放大的数表，并 且可以用所有的字和字节指令访问这些表。这一 点为提高编程的灵活性和节省程序存储空间带来 各种好处。
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MSP430F149 字模块的空间分配
地址 0H～1FFH 1E0H～1EFH 1D0H～1DFH 0H～1CFH 1B0H～1BFH 0H～1AFH 190H～19FH 180H～18FH 说明 保留 保留 保留 保留 保留 ADC12控制和中断 定时器B 定时器B 地址 170H～170H 160H～16FH 150H～15FH 140H～14FH 130H～13FH 120H～12FH 110H～11FH 100H～10FH 说明 定时器A 定时器A ADC12转换 ADC12转换 硬件乘法器 看门狗、FLASH控 制 保留 保留
RAM空间还可以进行运算，如：
MOV.B #33H, &220H; 执行后地址220H的内容为33H ADD.B #22H, &220H; 执行后地址220H的内容为55H
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3.4.2 程序存储器ROM


程序ROM区为0FFFFH以下一定数量存储空间， 可存放指令代码和数据表格。程序代码必须偶地 址寻址。 程序代码可分为三种情况：中断向量区、用户程 序代码及系统引导程序(个别器件有，如FLASH 型 )。
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00 01
00008H
00000H 00001H
+8位处理
0字处理 +1
R3
R3
10
11
00002H
0FFFFH
+2位处理
-1位处理
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举例：单操作数指令 CLR dst ;将dst单元清零 这不是内核指令，而是一条模拟指令，汇编器将 As=00，R3=0，用 MOV R3,dst 来模拟。
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MSP430F149 字节模块的空间分配
地址 0H～1FFH 0E0H～1EFH 0D0H～1DFH 0H～1CFH 0B0H～1BFH 0H～1AFH 说明 保留 保留 保留 保留 保留 保留 地址 70H～70H 60H～6FH 50H～5FH 40H～4FH 30H～3FH 20H～2FH 说明 串口1/串口0 保留 比较器A，系统时 钟 保留 端口6/端口5 端口4/端口3
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（5）通用工作寄存器R4~R15




举例： MOV #1234H，R15 ;执行后R15内容为 1234H MOV.B #23H,R15 ;执行后R15内容为 0023H ADD.B #34H,R15 ;执行后R15内容为 0057H
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3.4 MSP430单片机的存储器结构


MSP430系列的存储空间采用“冯-诺依曼”结 构，物理上完全分离的存储区域如ROM/FLASH、 RAM、外围模块、特殊功能寄存器SFR等，被安 排在同一地址空间，这样就可以使用一组地址、 数据总线、相同的指令对它们进行字节或字形式 访问。 MSP430系列单片机存储器的这种组织方式和 CPU采用精简指令相互协调，对外围模块的访问 不需要单独的指令，为软件的开发和调试提供便 利。
2
3.1 MSP430x14x结构概述
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硬件结构具有以下特点：




超低功耗结构，能够延长电池生存周期。RAM保 持方式下电流为0.1μA，等待方式时电流为 0.8μA，活动状态时电流也仅为250μA/MIPS。 高性能的模拟器件可以用于精确测量。集成12位 200Kbps的A/D转换器，自带采样保持。 16位RISC中央处理器，125ns指令周期。可以 用较少的代码空间实现高性能的应用。 在系统可编程的FLASH，为开发编程提供便利。
C-Carry bit ;Z-Zero bit;N-Negative bit;GIE-General Interrupt Enable
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5
6 7 8
9~15
OscOff 置位OscOff位可使晶体振荡器处于停止状态， 同时CPUOff也需置位。可用外部中断或者 NMI唤醒。 SCG0 SCG0置位关闭SMCLK，与SCG1一起控制系 统时钟发生器的4种状态。 SCG1 SCG1置位关闭DCO发生器，与SCG0一起控 制系统时钟发生器的4种状态。 V 溢出标志。当运算结果超出有符号数范围时 置位。溢出情况如下： 正数 + 正数 = 负数 负数 + 负数 = 正数 正数 - 负数 = 负数 负数 - 正数 = 正数 保留未用。
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举例： MOV #LABLE，PC ;跳转到地址LABLE开始执行 MOV LABLE，PC ;程序开始执行的地址为LABLE所在内存中的数 MOV @R14,PC ;程序开始执行的地址为寄存器R14中的数
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（2）堆栈指针SP



系统堆栈在系统调用子程序或进入中断服 务程序时，能够保护程序计数器PC. 然后将子程序的入口地址或者中断矢量地 址送程序计数器，执行子程序或中断服务 程序。 子程序或者中断服务程序执行完毕，遇到 返回指令时，将堆栈的内容送到程序计数 器中，程序流程又返回到原来的地方，继 续执行. 此外，堆栈可以在函数调用期间保存寄存 器变量、局域变量和参数等。
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(3) 状态寄存器SR
0 C 进位标志。当运算结果产生进位时置位，否则复位。
1 Z 2 N 3 GIE
4 CPUOff
零标志。当运算结果为零时Z置位，否则Z复位。 负标志。当运算结果为负时N置位，否则N复位。 中断控制位。控制可屏蔽中断，当GIE置位CPU可响 应可屏蔽中断，否则不响应可屏蔽中断。 置位CPUOff位可使CPU进入关闭模式，可用所有允 许的中断将CPU唤醒。
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堆栈指针SP总是指向堆栈的顶部。系统在将数据 压入堆栈时，总是先将堆栈指针SP的值减2，然 后再将数据送到SP所指的RAM单元。将数据从 堆栈中弹出正好与压入过程相反；先将数据从SP 所指示的内存单元取出，再将SP值加2。
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举例： MOV 2(SP), R6 ;将内存单元I2中的数放到R6中 MOV R7, 0(SP) ;将R7中的数放到栈顶所在单元(I3)中 PUSH #0123h ;将SP的值减2,再将#0123h放到SP所指向的单元中。 POP R8 ;将SP所指向单元中的数(#0123h)放到R8中，再将SP的 值加2
第3章 MSP430单片机硬件 结构及原理
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本章内容



3.1 MSP430x14x结构概述 3.2 MSP430x14x的主要特性和外部引脚 3.3 MSP430单片机的中央处理器 3.4 MSP430单片机的存储器结构 3.5 MSP430时钟模块与低功耗结构 3.6系统复位和初始化 3.7 中断系统
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3.4.1 MSP430存储空间结构
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MSP430不同系列器件的存储空间分布有很 多相同之处：




中断向量被安排在相同的空间：0FFE0~0FFFFH； 8位、16位外围模块占用相同范围的存储器地址； 所有器件的特殊功能寄存器占用相同范围的存储器地 址：00H~0FH； 数据存储器开始于相同的地址，即从0200H处开始； 代码存储器的最高地址都是0FFFFH。
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MSP430x14x主要包括以下功能部件：
1. 2. 3.
CPU 存储器： 外围模块：主要包括：时钟模块、 看门狗、定时器A、定时器B、比 较器A、串口0、串口1、硬件乘 法器、12位模数转换和端口等。
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MSP430X11X系列
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MSP430X12X系列