第2章MSP430系列單片機(jī)簡(jiǎn)介

2.1MSP430系列單片機(jī)的發(fā)展與特點(diǎn)

2.2MSP430系列單片機(jī)的選型

習(xí)題

2.1MSP430系列單片機(jī)的發(fā)展與特點(diǎn)2.1.1MSP430系列單片機(jī)的發(fā)展

1996年，TI公司推出了MSP430系列單片機(jī)，該系列單片機(jī)具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，可以方便地構(gòu)成各種超低功耗的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。MSP430系列單片機(jī)的發(fā)展過程可以大致分為四個(gè)階段。

第一代：這一階段以1996年推出的MSP430系列和到2000年初首先推出的33X、32X、31X等幾個(gè)系列為代表，其主要的技術(shù)特征是實(shí)現(xiàn)了低電源電壓供電，范圍在2.5～5.5V之間，有5種節(jié)電模式，采用了16位RISC結(jié)構(gòu)，使用外部單一32.768kHz晶體，集成了LCD液晶驅(qū)動(dòng)和A/D轉(zhuǎn)換等，有利于提高系統(tǒng)的集成度。EPROM型的價(jià)格昂貴，運(yùn)行環(huán)境溫度范圍窄，主要用于樣機(jī)開發(fā)。這也表明了這幾個(gè)系列的開發(fā)模式，即用戶可以用EPROM型開發(fā)樣機(jī)，用OTP型進(jìn)行小批量生產(chǎn)，而ROM型適應(yīng)大批量生產(chǎn)。接著又推出了11X、11X1系列，MSP430的11X/11X1系列采用20腳封裝，內(nèi)存容量、片上功能和I/O引腳數(shù)比較少，價(jià)格比較低廉。

第二代：這一階段以2000年7月推出F13X/F14X系列為代表，其主要技術(shù)特征是增加了Flash存儲(chǔ)器，同時(shí)又拓展了I/O接口。在2001年7月到2002年TI公司又相繼推出了F41X、F43X、F44X單片機(jī)。F41X單片機(jī)是目前應(yīng)用比較廣的單片機(jī)，它有48個(gè)I/O接口，96段LCD驅(qū)動(dòng)。F43X、F44X系列是在13X、14X的基礎(chǔ)上，增加了液晶驅(qū)動(dòng)器，將驅(qū)動(dòng)LCD的段數(shù)由3XX系列的最多120段增加到160段,并且相應(yīng)地調(diào)整了顯示存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的地址，為以后的發(fā)展拓展了空間。這種以

Flash技術(shù)與

FET開發(fā)工具組合的開發(fā)方式，具有方便、廉價(jià)、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，給用戶提供了一個(gè)較為理想的樣機(jī)開發(fā)方式。另外，2001年TI公司又公布了BOOTSTRAP技術(shù)，利用它可在燒斷熔絲以后只要幾根線就可更改并運(yùn)行內(nèi)部的程序。這為系統(tǒng)軟件的升級(jí)提供了又一方便的手段。BOOTSTRAP具有很高的保密性，口令可達(dá)到32個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度。

第三代：TI公司在2002年底和2003年期間又陸續(xù)推出了F15X和F16X系列的產(chǎn)品，其主要技術(shù)特征是RAM容量大大增加，如F1611的RAM容量增加到了10KB。這樣可以突破RAM的限制，將實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)引入MSP430。從外圍模塊來說，增加了I2Ｃ、DMA、DAC12和SVS等模塊。

第四代：在2003年，TI公司推出了專門用于電量計(jì)量的MSP430FE42X和用于水表、氣表、熱表上的具有無磁傳感模塊的MSP430FW42X單片機(jī)。在2004年，TI公司還推出了MSP430X2XX系列，該系列單片機(jī)片內(nèi)外設(shè)進(jìn)一步精簡(jiǎn)，價(jià)格低廉，適合做一些簡(jiǎn)單應(yīng)用。

2.1.2MSP430系列單片機(jī)的特點(diǎn)

不同系列的MSP430單片機(jī)性能雖有不同，但是總體特性相似，概括如下：

五種省電模式，6μs內(nèi)從待機(jī)模式喚醒；

低電壓供電：1.8～3.6V；耗電電流：0.1～400μA(掉電工作模式：0.1μA；待機(jī)模式：0.8μA)；

16位RISC結(jié)構(gòu)的CPU通過總線連接到存儲(chǔ)器和外圍模塊；

三個(gè)時(shí)鐘模塊可提供三種時(shí)鐘信號(hào)：ACLK、MCLK、SMCLK；

多達(dá)64KB尋址空間，包括ROM、RAM、Flash；

多個(gè)I/O口：P0～P10；

僅3種指令格式，全部為正交結(jié)構(gòu)；

共7種尋址模式，可字或者字節(jié)尋址；

具有多達(dá)16個(gè)中斷源(如定時(shí)器、串行口、P1、P2、WDT等)，多級(jí)優(yōu)先級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)中斷嵌套；

串行通信接口USART可設(shè)置為同步(SPI)、異步(UART)或I2C模式，發(fā)送與接收有各自的中斷入口地址；

定時(shí)器有基本定時(shí)器、定時(shí)器A、定時(shí)器B和看門狗定時(shí)器，能實(shí)現(xiàn)事件定時(shí)、計(jì)數(shù)、PWM等功能；

具有16位看門狗功能；

具有A/D轉(zhuǎn)換器和12位的D/A轉(zhuǎn)換器；

集成LCD驅(qū)動(dòng)器、硬件乘法器、比較器、DMA控制器及ScanIF模塊。

2.2MSP430系列單片機(jī)的選型

2.2.1MSP430系列單片機(jī)的命名規(guī)則

MSP430系列單片機(jī)種類繁多，各類型芯片的命名規(guī)則如圖2-1所示。

圖2-1MSP430系列單片機(jī)的命名規(guī)則

2.2.2MSP430系列單片機(jī)的應(yīng)用選型

MSP430系列單片機(jī)的主要特點(diǎn)是超低功耗，所以在選用MSP430系列單片機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，除了要考慮外圍電路采用低功耗設(shè)計(jì)以外，還要根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的MSP430系列單片機(jī)型號(hào)，選型原則為夠用即可。MSP430系列單片機(jī)各種型號(hào)所涵蓋的功能如表2-1、表2-2、表2-3所示。

2.2.3幾種常見MSP430系列單片機(jī)簡(jiǎn)介

1.MSP430X1XX系列

MSP430X1XX系列又可具體分為以下幾個(gè)子系列：MSP430X11X系列、MSP430X12X系列、MSP430X13X系列、MSP430X14X系列、MSP430X15X/MSP430X16X系列。它們具有以下共同特點(diǎn)：

(1)16位RISC結(jié)構(gòu)，125ns指令周期。

(2)低電源電壓范圍：1.8～3.6V。

(3)從等待方式喚醒的時(shí)間小于6μs。

(4)配合外部器件可構(gòu)成單斜邊A/D轉(zhuǎn)換器。

(5)串行在系統(tǒng)編程。

(6)安全熔絲的程序代碼保護(hù)。

除了以上特點(diǎn)，各個(gè)子系列還具有其它特點(diǎn)，具體介紹如下。

1)

MSP430X11X系列

超低功耗：

6μA@4kHz,2.2V；

250μA@1MHz,2.2V。

五種節(jié)電模式：

等待方式：0.8μA；

RAM保持的節(jié)電方式：0.1μA。

基本時(shí)鐘模塊配置：

多個(gè)內(nèi)部電阻，一個(gè)外部電阻；

32kHz晶振；

高頻率晶振；

諧振器；

外部時(shí)鐘源。

MSP430F1132內(nèi)有10位200kb/s的A/D轉(zhuǎn)換器，自帶采樣保持。

具有3個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器。

該家族品種繁多，具體如下所列：

(1)ROM型的MSP430C1111、MSP430C1121；

(2)可一次編程的MSP430P112；

(3)FLASH型的MSP430F110、MSP430F1101、MSP430F1101A、MSP430F1111A、MSP430F112、MSP430F1121、MSP430F1121A、MSP430F1132；

(4)?EPROM型的MSP430E1121。

圖2-2MSP430X11X的結(jié)構(gòu)框圖

2)

MSP430X12X系列

超低功耗：

3μA@4kHz,2.2V；

200μA@1MHz,2.2V。

五種節(jié)電模式：

等待方式：0.7μA；

RAM保持的節(jié)電方式：0.1μA。

基本時(shí)鐘模塊配置：

多個(gè)內(nèi)部電阻，一個(gè)外部電阻；

32kHz晶振；

高頻率晶振；

諧振器；

外部時(shí)鐘源。

具有3個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器。

串行通信接口可用于異步或同步(UART/SPI)通信。

有3個(gè)并行端口。

3)

MSP430X13X系列

超低功耗：

2.5μA@4kHz,2.2V；

280μA@1MHz,2.2V。

五種節(jié)電模式：

等待方式：1.6μA；

RAM保持的節(jié)電方式：0.1μA。

基本時(shí)鐘模塊配置：

高速晶振(最高8MHz)；

低速晶振(32768Hz)；

DCO。

配合外部器件可構(gòu)成單斜邊A/D轉(zhuǎn)換器。

12位200kb/s的A/D轉(zhuǎn)換器，自帶采樣保持，多種轉(zhuǎn)換方式。

內(nèi)部溫度傳感器。

具有3個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器Timer_A與Timer_B。

串行通信接口可用于異步或同步(軟件選擇UART/SPI模式)。

6個(gè)8位并行端口，且2個(gè)8位端口有中斷能力。

片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器，方便開發(fā)與調(diào)試。

JTAG引腳單獨(dú)引出，不與I/O口線復(fù)用。

4)

MSP430X14X系列

超低功耗：

2.5μA@4kHz,2.2V；

280μA@1MHz,2.2V。

五種節(jié)電模式：

等待方式：0.7μA；

RAM保持的節(jié)電方式：0.1μA。

基本時(shí)鐘模塊配置：

高速晶振(最高8MHz)；

低速晶振(32768Hz)；

DCO。

具有3個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器Timer_A與Timer_B。

內(nèi)部溫度傳感器。

12位200kb/s的A/D轉(zhuǎn)換器，自帶采樣保持，多種轉(zhuǎn)換方式。

串行通信接口可用于異步或同步(軟件選擇UART/SPI模式)。

硬件乘法器。

多達(dá)60KBFLASHROM和2KBRAM。

MSP430X14X系列的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。

圖2-3MSP430X14X系列結(jié)構(gòu)框圖

5)

MSP430X15X/MSP430X16X系列

超低功耗：

1.6μA@4kHz,2.2V；

280μA@1MHz,2.2V。

五種節(jié)電模式。

內(nèi)置三通道DMA。

具有3個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器Timer_A及Timer_B。

12位200kb/s的A/D轉(zhuǎn)換器，自帶采樣保持，多種轉(zhuǎn)換方式。

雙12位D/A同步轉(zhuǎn)換。

串行通信接口可用于異步或同步(軟件選擇UART/SPI模式)。

2.MSP430X2XXX系列

MSP430X2XXX系列可分為MSP430X20XX、MSP430X21X1、MSP430X22XX、MSP430X23X0子系列。它們具有以下共同特點(diǎn)：

(1)低電源電壓范圍：1.8～3.6V；

(2)五種節(jié)電模式；

(3)從等待模式喚醒的時(shí)間不超過1μs；

(4)16位RISC結(jié)構(gòu)，62.5ns指令周期；

(5)可在線編程，不需要外部編程電壓，安全熔絲的程序代碼保護(hù)。

1)

MSP430X20XX系列

該系列又包括幾個(gè)子系列：MSP430X20X1系列、MSP430X20X2系列、MSP430X20X3系列。它們具有以下共同特點(diǎn)：

超低功耗模式：

活動(dòng)模式：220μA@1MHz,2.2V；

等待模式：0.5μA；

RAM保持模式：0.1μA。

基本時(shí)鐘模塊配置：

內(nèi)部頻率可達(dá)16MHz，帶有4個(gè)被校準(zhǔn)頻率，精度可達(dá)±1%；

內(nèi)部低功耗LF振蕩器；

32kHz晶體；

外部數(shù)字時(shí)鐘源。

帶有2個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器。

片內(nèi)比較器配合其它器件可構(gòu)成單斜邊A/D轉(zhuǎn)換器(MSP430X20X1)。

10位200kb/s的A/D轉(zhuǎn)換器，自帶采樣保持、內(nèi)參考源、自動(dòng)掃描(MSP430X20X2)。

16bit帶有差分PGA輸入Σ-ΔA/D轉(zhuǎn)換器和內(nèi)部參考源(MSP430X20X3)。

通用串行通信(USI)，支持SPI和I2C(MSP430X20X2和MSP430X20X3)。

BOR掉電檢測(cè)器。

2)

MSP430X21X1

超低功耗：

活動(dòng)模式：250μA@1MHz,2.2V；

等待方式：0.7μA；

RAM保持的節(jié)電方式：0.1μA。

基本時(shí)鐘模塊配置：

內(nèi)部頻率可達(dá)16MHz，帶有4個(gè)被校準(zhǔn)頻率，精度可達(dá)±1%；

諧振器；

內(nèi)部HF晶體可達(dá)16MHz；

外部數(shù)字時(shí)鐘源。

帶有3個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器。

片內(nèi)具有模擬信號(hào)比較功能的比較器或斜邊A/D轉(zhuǎn)換器(MSP430X20X1only)。

10位200kb/s的A/D轉(zhuǎn)換器，自帶采樣保持、內(nèi)參考源、自動(dòng)掃描(MSP430X20X2only)。

通用串行通信(USI)，支持SPI和I2C(MSP430X20X2andMSP430X20X3only)。

掉電檢測(cè)。

引導(dǎo)裝載程序。

片內(nèi)仿真模塊。

可在線編程，不需要外部編程電壓，安全熔絲的程序代碼保護(hù)。系列包括：MSP430F2101，MSP430F2111，MSP430F2121，MSP430F2131。

3)

MSP430X22XX系列

超低功耗：

活動(dòng)模式：250μA@1MHz,2.2V；

待機(jī)模式：0.7μA；

掉電模式(RAM數(shù)據(jù)保持)：0.1μA。

基本時(shí)鐘配置：

內(nèi)部頻率可達(dá)16MHz，帶有4個(gè)被校準(zhǔn)頻率，精度可達(dá)±1%；

32kHz晶體；

HF晶體可達(dá)16MHz；

諧振器；

外部數(shù)字時(shí)鐘源；

外部電阻。

帶有3個(gè)捕獲/比較寄存器16位Timer_A與Timer_B。

通用串行通信接口：

增強(qiáng)UART支持自動(dòng)波特率檢測(cè)(LIN)；

IrDA編碼器和解碼器；

同步SPI；

I2C。

10位200

kb/s的A/D轉(zhuǎn)換器，帶有內(nèi)部參考源，采樣保持器，自動(dòng)掃描，數(shù)據(jù)發(fā)送控制器。

兩個(gè)可配置運(yùn)算放大器(MSP430X22X4)。

掉電檢測(cè)。

在線可編程，不需要外部參考電壓可編程保密熔絲來保護(hù)代碼。

引導(dǎo)裝載程序。

片內(nèi)仿真模塊。

系列包括：MSP430F2232，MSP430F2252，MSP430F2272，MSP430F2234，MSP430F2254，MSP430F2274。

4)

MSP430X23X0系列

超低功耗：

活動(dòng)模式：270μA@1MHz,2.2V；

等待模式：0.7μA；

RAM保持模式：0.1μA。

硬件乘法器。

基本時(shí)鐘模塊配置：

HF頻率晶體可達(dá)16MHz；

諧振器；

外部數(shù)字時(shí)鐘源。

外部電阻。

帶有3個(gè)捕獲/比較寄存器16位Timer_A與Timer_B。

通信串行通信口：

增強(qiáng)UART支持自動(dòng)波特率檢測(cè)；

IrDA編碼器和解碼器；

同步SPI；

I2C。

掉電檢測(cè)器。

在線可編程，不需要可編程電壓，可編程的保密熔絲保護(hù)程序代碼。

Flash器件引導(dǎo)程序。

片內(nèi)仿真模式。

系列包括：MSP430F23308KB+256BFlashMemory1KBRAM，MSP430F235016KB+256BFlashMemory2KBRAM，MSP430F237032KB+256BFlashMemory2KBRAM。

圖2-4MSP430F23X0結(jié)構(gòu)框圖

3.MSP430X3XX系列

MSP430X3XX系列又可細(xì)分為MSP430X31X、MSP430X32X和MSP430X33X子系列，其子系列的共同特點(diǎn)如下：

(1)低電源電壓范圍：2.5～5.5V。

(2)五種節(jié)電模式：備用模式1.3μA；RAM保持模式0.1μA。

(3)從等待方式喚醒的時(shí)間：6μs。

(4)16位RISC結(jié)構(gòu)，300ns指令周期。

(5)三態(tài)輸出端口。

(6)配合外部器件可構(gòu)成單斜邊A/D轉(zhuǎn)換器。

(7)使用外部單一32kHz晶體，內(nèi)部可得到3.3MHz，內(nèi)含頻率鎖定環(huán)。

(8)在系統(tǒng)串行編程。

(9)安全熔絲的程序代碼保護(hù)。

除了以上特點(diǎn)，各個(gè)子系列還具有其它特點(diǎn)，具體介紹如下。

1)

MSP430X31X系列

超低功耗：400μA@1MHz,3V；

64段或92段液晶驅(qū)動(dòng)。

該系列器件有兩種封裝形式，它們的結(jié)構(gòu)框圖、引腳定義稍有不同。48引腳的SSOP封裝有MSP430C311SIDL、MSP430C315SIDL；56引腳的器件有MSP430C312IDL、MSP430C313IDL、MSP430C314IDL、MSP430C315IDL、MSP430C313IDL、MSP430C315IDL等。

2)

MSP430X32X系列

超低功耗：3V，1MHz時(shí)耗電400μA，備用時(shí)耗電可降到0.1μA。

內(nèi)嵌液晶驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá)84段。

內(nèi)部整合12+2位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

有EPROM版本器件PMS430E325A。

MSP430X32X系列的結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。

圖2-5MSP430X32X系列結(jié)構(gòu)框圖

3)

MSP430X33X系列

內(nèi)嵌液晶驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá)120段。

16位定時(shí)器帶5個(gè)捕獲/比較寄存器。

內(nèi)部硬件乘法器可執(zhí)行16×16位的操作。

4.MSP430X4XX系列

MSP430X4XX系列又可細(xì)分為MSP430X41X、MSP430X43X和MSP430X44X子系列，這3種子系列的共同特點(diǎn)如下：

(1)低電源電壓范圍：1.8～3.6V。

(2)五種節(jié)電模式。

(3)從等待方式喚醒的時(shí)間不超過6μs。

(4)片內(nèi)頻率鎖相環(huán)FLL+，可使系統(tǒng)工作在穩(wěn)定的頻率上。

(5)?16位RISC結(jié)構(gòu)，125ns指令周期。

(6)帶有3個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器。

(7)片內(nèi)比較器配合其它器件可構(gòu)成單斜邊A/D轉(zhuǎn)換器。

(8)可在線系統(tǒng)串行編程。

(9)安全熔絲的程序代碼保護(hù)。

(10)?FLASH存儲(chǔ)