MSP430单片机硬件结构及原理讲解
MSP430内部结构
第3章 MSP430系列单片机结构 表3-3 MSP430存储空间分配
中断向量表 程序存储器
跳转控制表 数据表等
引导存储器(ROM)
数据存储器
16 位外围模块 8 位外围模块 特殊功能存储器
0FFFFH～0FFE0H
0200H～0FFDFH
0100H～01FFH 010H～0FFH 00H～0FH
第3章 MSP430系列单片机结构
3.2.2 堆栈指针SP MSP430的堆栈遵循的是先进后出的原
则，可以在中断处理、子程序调用或者函数 调用过程中保存程序的指针、参数寄存器等。
满递减堆栈
第3章 MSP430系列单片机结构
注意事项： 堆栈的大小受可用RAM的限制，堆
栈可能发生上溢或下溢。 堆栈指针的任何定位错误，都会使
第3章 MSP430系列单片机结构
第3章 MSP430系列单片机结构
3.1 MSP430系统复位与中断的结构 3.2 MSP430系列单片机的结构特点 3.3 MSP430系列单片机的存储器结构和地址空间 习题
第3章 MSP430系列单片机结构
3.1 MSP430系统复位与中断的结构
3.1.1 MSP430的系统复位
0200H以上，用于堆栈和数据的保存。数据存储器 可以字操作，也可以字节操作，通过指令后缀加以 区别。在字操作时，每两个字节为一个操作单元， 必须对准偶地址，如：
MOV.B #34H, &235H ;执行后235H单元内 容为34H
MOV.W #2336H, &234H ;执行后234H单元 内容为36H，执行后235H单元的内容为23H
15～9 8 7 6 。 5
4
3210
保留 V SCG1 SCG0 OSCOFF CPUOFF GIE N Z C
MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践
MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践MSP430系列单片机采用了哈佛结构，具有16位的数据宽度，可以实现更高的数据处理速度。
它的主频范围从1MHz到25MHz，能够满足不同应用的需求。
同时，MSP430系列单片机具有多种低功耗模式，例如待机模式、休眠模式和独立模式，可以有效地降低功耗，延长电池寿命。
MSP430系列单片机具有丰富的外设接口，包括多个串口通信接口、通用输入输出口、模拟输入输出口以及定时器和计数器等。
这些外设接口使MSP430系列单片机可以与其他外部设备进行通信，实现数据的输入和输出。
此外，MSP430系列单片机还具有多个中断源，可以实现实时中断处理，提高系统的响应能力。
使用MSP430系列单片机进行开发，首先需要选择合适的开发板和编程工具。
德州仪器公司提供了MSP430 LaunchPad开发板，可以方便地进行程序的编写和调试。
同时，德州仪器还提供了MSP430编程工具链，包括编译器、调试器和仿真器等，在开发过程中能够提高开发效率。
在实际开发中，可以利用MSP430系列单片机的低功耗特性，实现一些需要长时间运行的应用。
例如，可以将MSP430系列单片机用于物联网中的传感器节点，采集和传输环境数据。
由于MSP430系列单片机的低功耗特性，可以通过电池供电，从而实现长时间的无线监测。
此外，MSP430系列单片机还可以用于电力管理系统、家庭自动化系统和医疗设备等领域。
它的低功耗特性和丰富的外设接口使其具有很高的适用性，能够满足各种不同应用的需求。
总结起来，MSP430系列单片机是一款16位超低功耗单片机，具有高性能和丰富的外设接口。
它的低功耗特性使得它在物联网、电力管理、家庭自动化和医疗设备等领域具有广泛的应用前景。
通过学习MSP430系列单片机的原理和实践，可以更好地应用它在实际开发中。
MSP430
Msp430学习笔记一、简介图1基本结构图2pin designation结论：1.基本每个管脚都可以复用2.外围功能模块丰富端口介绍（32I/O pins）1.端口P1和P2具有输入、输出、中断和外部模块功能。
这些功能可以通过各自的7个控制寄存器的设置来实现。
（1）PxDIR输入输出方向寄存器rw（2）PxIN输入寄存器r（3）PxOUT输出寄存器r（4）PxIFG中断标志寄存器r（5）PxIES中断触发沿选择寄存器rw（6）PxIE中断使能寄存器rw（7）PxSEL功能选择寄存器rw2.其他端口：四个控制寄存器（除去中断相关）看看例程二、时钟部分1.时钟寄存器设置SCFQCTL系统时钟控制寄存器（倍频，反馈后默认是31，31+1=32）SCFI0系统时钟频率调整器0（锁频环反馈中的分频（实质最终是倍频））SCFI1系统时钟频率调整器1（自动控制调整，无需软件设置）FLL_CTL0FLL+控制器0（反馈中是否分频、选择LFXT1晶振的有效电容）FLL_CTL1FLL+控制器1（振荡器控制、时钟源对应的振荡器的选择，默认情况下：振荡器打开，MCLK选择DCOCLK，SMCLK选择DCOCLK）图时钟模块2.工作模式：One Active Mode、Five Power Saving ModesMSP430是一个特别强调低功耗的单片机系列，尤其适用于采用电池供电的长时间工作场合。
系统根据应用和节能使用不同的时钟信号，这样可以合理利用系统的电源，实现整个系统的超低功耗。
中断是MSP430微处理器的一大特色。
有效地利用中断可以简化程序，并且提高执行效率和系统稳定性。
几乎所有的msp430系统单片机的每个外围模块都能产生中断，为MSP430针对事件（外围模块产生的中断）进行的编程打下基础。
MSP430在没有事件发生时处于低功耗模式，事件发生时通过中断唤醒CPU，时间处理完毕后CPU再次进入低功耗模式，由于CPU运算速度和推出低功耗的速度很快，所以在应用中，CPU大部分时间都处于低功耗状态，使得系统的整体功耗极大地降低。
微机原理-MSP430体系结构
MSP430 CPU寄存器
• R2:状态寄存器(SR):
– 存储状态位和控制位; – CPU自动改变系统标志位;
– 保留位用来支持常量发生器.
15 14 13 12 11 10 9 8
7
Reserved for CG1
V SCG1
6 SCG0
5 OSCOFF
4 CPUOFF
3
210
GIE N Z C
• R1:堆栈指针(SP):
– 第一，用户可以使用堆栈存储数据，以便未来使用。(指令: 用 PUSH指令来存数据，POP指令来取数据);
– 第二，用户和编译器均可以使用堆栈为子函数传递参数 (PUSH、 POP用于调用函数，被调用的函数使用SP来计算偏移)；
MSP430 CPU寄存器
• R1: 堆栈指针(SP) (续):
– 第三，系统进入子函数之前，把PC的值存储到堆栈中，从子函数 返回时，再取出堆栈中的值，重新赋值给PC；
– 第四，系统堆栈在系统进入中断服务程序时，首先保护程序计数 器(PC)，然后将中断矢量地址送入程序计数器，再执行中断服务 程序。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，程序又回到原来的地方，继续执行。在函数 调用之前保存的寄存器变量、局部变量和参数都不会变。
所谓“集成开发环境”就是处理器的所有开发都在一个软 件里完成，包括工程管理、程序编译、代码下载、调试 等功能。
CCS支持所有TI公司推出的处理器，包括MSP430、ARM Cortex系列、C2000和DSP。
对于MSP430的开发，用的最多的是IAR公司的EW430。
TI公司在CCSV5之后的版本里，对MSP430的支持达到了全 新的高度。
MSP430单片机原理解读
第 2 章MSP430 单片机原理与 C 语言基础MSP430系列超低功耗单片机有200多种型号，TI公司用3~ 4位数字表示其型号。
其中第一位数字表示大系列，如MSP430F1xx系列、MSP430F2xx系列、MSP430F4xx系列、MSP430F5xx系列等。
在每个大系列中，又分若干子系列，单片机型号中的第二位数字表示子系列号，一般子系列越大，所包含的功能模块越多。
最后1~2 位数字表示存储容量，数字越大表示RAM 和ROM 容量越大。
430 家族中还有针对热门应用而设计的一系列专用单片机。
如SP430FW4xx 系列水表专用单片机、MSP430FG4xx 系列医疗仪器专用单片机、MSP430FE4xx 系列电能计量专用单片机等。
这些专用单片机都是在同型号的通用单片机上增加专用模块而构成的。
最新的MSP430型号列表可以通过TI公司网站下载。
在开发单片机应用系统时，第一步就是单片机的选型，选择合适的单片机型号往往就能事半功倍。
单片机选型基本方法是选择功能模块最接近项目需求的系列，然后根据程序复杂程度估算存储器和RAM 空间，并留有适当的余量，最终决定选用的单片机型号。
本章节以MSP430F249单片机为学习目标，介绍单片机的基本结构和工作原理，读者可以举一反三、触类旁通，而不必每种型号都去学习却无法深入掌握。
2.1 MSP430F249单片机基本结构与原理2.1.1MSP430F249的主要结构特点供电电压范围1.8V~3.6V 。
超低功耗：活动状态270uA（1MHz，2.2V）;待机模式0.3uA;关机模式0.1uA。
16位RISC精简指令集处理器。
时钟系统：多种时钟源，可灵活使用。
时钟频率达到16MHz ;具有内部振荡器;可外接32kHz 低频晶振;外接时钟输入。
12位A/D转换器，内部参考电压，采用保持电路。
16位定时器A，3个捕获/比较寄存器。
16 位定时器B，7 个捕获/比较寄存器。
MSP430单片机的原理与应用
MSP430单片机的原理与应用1. 简介MSP430单片机是德州仪器公司（Texas Instruments）推出的一款低功耗、高性能的16位单片机，广泛应用于各种嵌入式系统和物联网设备中。
本文将介绍MSP430单片机的基本原理和常见应用场景。
2. 基本原理MSP430单片机采用哈佛结构的架构，拥有16位的CPU，8到256KB的闪存和0.5到16KB的RAM。
其低功耗特点使得它在电池供电的嵌入式设备中得到广泛应用。
MSP430单片机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤： - 程序存储器中的指令被取出并送入指令译码器。
- 指令译码器将指令解码，并执行相应的操作。
- 执行的结果被存储器读写单元读取或写入。
- 控制单元协调整个系统的操作，包括时钟、中断、输入输出等。
3. 应用场景3.1 智能家居MSP430单片机在智能家居领域中具有广泛的应用。
通过连接传感器、执行器和通信模块，MSP430单片机可以实现对温度、湿度、光照等环境参数的监控与控制。
并且，MSP430单片机能够通过无线通信和云平台实现智能家居设备的远程控制和监测。
3.2 工业自动化在工业自动化领域，MSP430单片机能够通过连接传感器和执行器实现对生产过程的监测和控制。
它能够实时采集温度、压力、流量等参数，并根据设定的逻辑进行自动控制。
同时，MSP430单片机的低功耗特性使得它适合在工业现场长时间运行。
3.3 物联网设备随着物联网的快速发展，MSP430单片机在物联网设备中的应用越来越广泛。
它可以用于连接各种传感器、执行器和通信模块，实现对环境、设备等的监测和控制。
而且，MSP430单片机的低功耗特性使得它非常适合在物联网设备中使用，能够延长电池寿命。
3.4 医疗设备在医疗设备领域，MSP430单片机能够实现对患者的生理参数的监测和控制。
它可以连接各种传感器，如心电传感器、体温传感器等，实时采集患者的生理数据，并可以根据需要进行报警和控制操作。
第一章MSP430单片机概述
第一章MSP430单片机概述MSP430是一种低功耗、高性能的单片机，由德州仪器（Texas Instruments，TI）公司开发。
它采用了超低功耗的电源管理技术，使其在电池供电下能够持续运行数年之久。
MSP430单片机适用于许多应用领域，包括消费电子、医疗设备、工业自动化、智能家居和传感器网络等。
MSP430单片机的核心是RISC架构的16位处理器，具有较小的指令集，运行速度快，并且能够以较低的能耗完成各种任务。
它采用了哈佛结构，具有16位的定长指令格式，有着高效的编码能力。
此外，它还具有多种中断机制，可以快速响应外部事件或实现多任务操作。
MSP430单片机提供了多个不同的系列，以适应不同应用场景的需求。
不同系列的MSP430单片机在处理器速度、内存容量和外设接口等方面有所差异。
其中，MSP430F系列适用于通用应用，而MSP430G系列适用于低成本和功耗敏感的应用。
此外，MSP430FR系列还具有非易失性存储器，可以在掉电情况下保留数据。
MSP430单片机具有丰富的外设接口，包括通用IO口、模拟输入输出、时钟控制器、串口通信、定时器和比较器等。
这些外设接口使得MSP430单片机能够灵活地与其他设备进行通信，并实现多种功能。
MSP430单片机在低功耗方面具有很大优势。
它采用了多种省电技术，包括多级电源管理、动态电压调节和片上电源管理单元等。
这些技术使得MSP430单片机在待机和运行模式下的功耗都非常低，能够更好地满足移动设备和电池供电设备的需求。
总的来说，MSP430单片机是一种低功耗、高性能的单片机，具有丰富的外设接口和完善的开发工具链。
它适用于多种应用领域，可以满足不同需求的设计要求。
随着物联网的快速发展，MSP430单片机的市场前景十分广阔，并且将继续发挥重要作用。
MSP单片机（精品）
单片机的发展趋势
» 单片机发展为嵌入式处理器 单片机位数从4位、8位提高到16位、32位，从单CPU向多CPU发展。32位单片机由 于处理能力和开发方法已经和传统的单片机大相径庭，一般被称为嵌入式处理器， 成为数字系统设计的另外一个分支。
» 集成度进一步提高 单片机内部集成的设备越来越多，包括SRAM、FLASH ROM、E2ROM、AD、DA、PWM、 UART控制器、I2C控制器、 USB控制器、看门狗、上电复位电路、RC振荡器、FPGA 等，真正做到了SOC。
Z80 、MC6800系列等
Z80系列是8051系列流行之前非常流行的单片机，目前几乎没有人使用； 6800系列是Motorola公司80年代末推出的产品，采用RISC结构，成本低廉； 在低端大批量中占有优势。
目前热门的单片机(1)
51增强系列
8051为Intel公司80年代初推出，是目前普及度最广、兼容品种 最多的单片机。标准8051速度较慢，需要12个时钟周期运行一 条指令；目前出现了各大公司都推出了高速的8051兼容内核， 典型的是Dallas公司设计的4指令周期8051内核和Cignal公司研 发的单指令周期8051内核，Cignal公司的增强8051内核运行大 部分指令仅需要一个时钟周期，最快的型号已经达到100Mips 的计算速度。
智能化的仪器仪表：单片机用于包括温度、湿度、流量、流速、电压、 频率、功率、厚度、角度、长度、硬度、元素测定等和各类仪器仪表 中，使仪器仪表数字化、智能化、微型化，功能大大提高。
日常生活中的电器产品：单片机可用于电子秤、录像机、录音机、彩 电、洗衣机、高级电子玩具、冰箱、照相机、家用多功能报警器等。
MSP430系列单片机 原理与应用
2015.03
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4
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。
5
MSP430X11X系列
6
MSP430X12X系列
7
MSP430X13X系列
8
MSP430X14X系列
19
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
20
（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。
第3章 MSP430单片机硬件 结构及原理
1
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
25
OscOff-Oscillator Off;SCG0-System Clock Generator;V-Overflow bit
(4) 常数发生器CG1和CG2
寄存器 As 常数 说明
R2
R2 R2
00
01 10
--------（0） 00004H
寄存器模式
绝对寻址模式 +4位处理
R2
R3 R3
17
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
18
（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。
9
MSP430F15X/F16(1)X 系列
10
MSP430F15X/F16(1)X 系列
11
MSP430X41X系列
12
MSP430F43X系列
13
MSP430F44X系列
14
3.3 MSP430单片机的中央处理器
15
16
MSP430CPU的主要特征
Hale Waihona Puke RISC指令集，27条内核指令和7种寻址模式 寄存器资源丰富 寄存器操作为单周期 16位地址总线 常数发生器 直接的存储器到存储器访问 位、字和字节操作方式
11
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
26
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。
21
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。
22
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
2
3.1 MSP430x14x结构概述
3
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
24
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。
23
(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。