2019年10月10日 | MSP430F6638单片机复习笔记

第一章 绪论

1.1 单片机基础

全称：单片微型计算机（Single Chip MicroComputer）

它是把MPU、存储器、I/O口、定时器/计数器、中断系统、时钟电路、A/D-D/A等集成在一个芯片上构成的微型计算机系统。

单片机又称：单片微控制器、嵌入式微控制器

1.2 MSP430F663x片内资源

MSP430F663x 系列配置有一个高性能12 位ADC、比较器、两个USCI、USB2.0、硬件乘法器、DMA、四个16 位定时器、带有报警功能的RTC、LCD 驱动器和多达74 个I/O 。

1.3 进制转换

【注意】小数的进制转换

1.4 原码、反码、补码的书写

【注意】一般是8位补码，有时也有16位补码

1.5 位操作

P1OUT|=BIT1; //P1.1置1

P1OUT|=BIT0+BIT2+BIT6+BIT7; //P1.0、 P1.2、 P1.6、 P1.7置1

P1OUT&=~BIT7; //P1.7清0

P1OUT&=~(BIT1+BIT3); //P1.3、 P1.1清0

P1OUT^=BIT0; //P1.0取反

P1OUT^= BIT0+BIT2+BIT4+BIT6; //P1.0、 P1.2、 P1.4、 P1.6取反

MSP430的C编译器不支持位寻址，所以运算中尽量减少位操作。

第2章 硬件结构

2.1 MSP430 CPU 与 MSP430X CPU

MSP430 CPU是指MSP430F1xx系列采用的16 位CPU，数据总线宽度16位，地址总线宽度16位，寄存器16位。寻址空间216=64KB。

MSP430X CPU（简称CPUX）是指MSP430F2xx/4xx/5xx/6xx系列采用的CPU，数据总线宽度16位，地址总线宽度20位，寄存器20位。寻址空间220=1MB。CPUX的算术逻辑单元（ALU）也可以完成20位的计算。

CPUX向下兼容MSP430 CPU。

2.2 PC、SP、SR

PC：

取完指令后CPU根据该指令的字节数自动增量PC，因此20位的PC（R0）的值总是指向下一条要执行的指令。PC总是指向偶地址（bit0=0）。

SP：

20位的堆栈指针，始终指向偶地址

【作用】：保护现场和恢复现场。

先进后出

堆栈分两种：

（1）向上增长，栈底占用较低地址，栈顶占用较高地址：8051

（2）向下增长，栈底占用较高地址，栈顶占用较低地址：MSP430、AVR

（3）ARM支持两种增长方式的堆栈。

SR：

用作源或目标寄存器的16位状态寄存器（SR，也称为R2）只能用于通过字指令寻址的寄存器模式。 寻址模式的其余组合用于支持常数发生器。

SCG1：系统时钟发生器1该位可用于根据器件系列启用或禁用时钟系统中的功能; 例如，DCO偏置启用或禁用。

SCG0：系统时钟发生器0该位可用于根据器件系列启用或禁用时钟系统中的功能; 例如，FLL（频率锁定环）启用或禁用。

OSCOFF：关闭振荡器。 该位置1时，当LFXT1 CLK不用于MCLK或SMCLK时，它会关闭LFXT1晶体振荡器。

CPUOFF：CPU关闭。 该位置1时，将关闭CPU。

CPUOFF，OSCOFF，SCGO和SCG1位请求系统进入低功耗模式。

【例如】：关闭和打开锁频环（FLL）

__bis_SR_register(SCG0); // Disable the FLL control loop

UCSCTL0 = 0x0000; // Set lowest possible DCOx, MODx

UCSCTL1 = DCORSEL_3; // Set RSELx for DCO = 4.9 MHz

UCSCTL2 = FLLD_1 + 74; // Set DCO Multiplier for 2.45MHz

// (FLL_N + 1) * FLLRef = FdcoCLKDIV

// (74 + 1) * 32768 = 2.45MHz

// Set FLL Div = fDCOCLK/2

__bic_SR_register(SCG0); // Enable the FLL control loop

//其中__bis_SR_register()函数是将SR寄存器中的相应位置1

//__bic_SR_register()函数是将SR寄存器中的相应位置0

2.3 三种系统复位

2.4 复位状态

在BOR之后，初始设备条件是：

RST / NMI引脚配置为复位模式。

I / O引脚切换到输入模式。

状态寄存器（SR）复位。

看门狗定时器在看门狗模式下上电。

第3章 中断、时钟与低功耗

3.1 中断

3.1.1 各种中断向量

【注意】排序顺序为实验顺序，不代表优先级大小

中断向量的计算

3.1.2 中断优先级

不同中断源发出的中断请求重要程度不同，每个中断源对应一个优先级，称为中断优先级。

【作用】：多个中断同时发生时，决定哪个中断被响应。

【注意】：

中断优先级只有在多个中断同时到来时才起作用，在中断嵌套中是不考虑的

中断优先级固定不变，取决于模块在中断向量表中的排序

3.1.3 中断嵌套

CPU响应某一中断时，在开总中断的前提下若有其他中断发生，CPU将中断当前ISR，执行新的ISR。

MSP430默认关闭中断嵌套，即进入中断服务函数后，默认关闭总中断。如果想要开启中断嵌套需要用户使用软件开启总中断。

开启和关闭总中断例程中最常用的方式是

__bis_SR_register(GIE); // 开启总中断

__bic_SR_register(GIE); // 关闭总中断

//其中__bis_SR_register()函数是将SR寄存器中的相应位置1

//__bic_SR_register()函数是将SR寄存器中的相应位置0

3.1.4 中断服务函数

如果是多元中断，可能会在终端服务函数中查看是那种中断置位，即用if或switch语句判断中断标志位是否为1.例如：

// Timer_A1 Interrupt Vector (TAIV) handler

#pragma vector=TIMER0_A1_VECTOR

__interrupt void TIMER0_A1_ISR(void)

{

switch(__even_in_range(TA0IV,14))// __even_in_range()本征函数，用于多源中断的查询。

{

case 0: break; // No interrupt

case 2: break; // CCR1 not used

case 4: break; // CCR2 not used

case 6: break; // reserved

case 8: break; // reserved

case 10: break; // reserved

case 12: break; // reserved

case 14: P4OUT ^= BIT1; // TAIFG

break;

default: break;

}

}

3.2 UCS时钟系统

3.2.1 五种时钟源和三种时钟信号

【注】DCOCLKDIV时钟为DCOCLK分频得到

3.2.2 FLL——锁频环

计算公式：fDCOCLK ÷[D × (N + 1) ] = fFLLREFCLK ÷ n

【注释】：

D：FLLD，默认为2

N：FLLN，默认为31

n：FLLREFDIV， 默认为1

fFLLREFCLK ：FLL的参考时钟，默认为XT1CLK（32768Hz）

所以fDCOCLK 默认为2097152Hz，fDCOCLKDIV默认为1048576Hz

3.2.3 UCS复位之后

由于复位的时候XT1CLK未稳定，所以ACLK和FLL的参考时钟会自动变为REFOCLK（注意这里是REFOCLK，和后边WDT看门狗模式下的时钟故障保护功能，自动变成VLOCLK相区别）

根据实验情况，如果在配置ACLK和FLL之前，XT1CLK未稳定，那么时钟频率会相对变低

//稳定XT1CLK和XT2CLK的程序

//1. 解锁XT1的引脚，这是f66xx设备独有的

while(BAKCTL & LOCKBAK)// Unlock XT1 pins

{

BAKCTL &= ~(LOCKBAK); 

}

//2. 设置XT2的引脚

P7SEL |= BIT2 + BIT3; // Port select XT2

//3. 开启XT1, XT2

UCSCTL6 &= ~(XT1OFF + XT2OFF); // Set XT1, XT2 On

//4. 稳定XT1CLK、XT2CLK、DCOCLK

do

{

UCSCTL7 &= ~(XT2OFFG + XT1LFOFFG + DCOFFG); // Clear XT2,XT1,DCO fault flags

SFRIFG1 &= ~OFIFG; // Clear fault flags

}while (SFRIFG1&OFIFG); // Test oscillator fault flag

//5. ACLK选择XT1CLK、SMCLK选择XT2CLK

UCSCTL4 |= SELA__XT1CLK + SELS__XT2CLK; // Select SMCLK, ACLK source

3.2.4 设置DCOCLK输出的频率范围

使用UCSCTL1寄存器中的DCORSEL位来设置范围

不用看UCSCTL0寄存器中的DCO和MOD位，单片机会自动设置

尽可能让输出的频率在DCORSEL控制的范围的中间位置

3.2.5 UCS模块失效安全操作

任何一种失效都会导致OFIFG（振荡器失效中断、非屏蔽）

受到OFIE使能位控制

振荡器关闭、打开但未正常工作时，对应振荡器失效位XT1 LFOFFG，XT1 HFOFFG， XT2OFFG置位；

振荡器失效位一旦置位必须用户软件清除；

若用户软件清除振荡器失效位后失效条件依然存在，振荡器失效位会自动置位。

振荡器失效事件不受GIE控制。

3.3 低功耗

最常用的开启低功耗的方式

__bis_SR_register(LPM3_bits);//开启低功耗模式3

__bic_SR_register(LPM3_bits);//关闭低功耗模式3

//也可以这样：

LPM3；//开启

LPM3_EXIT；//关闭

第四章 数字I/O模块

4.1 数字I/O模块寄存器设置

关于PxDIR，PxREN和PxOUT在正确I / O配置中的用法

对于P1，P2引脚而言，具有中断能力，利用PxIFG, PxIE,和PxIES 寄存器进行配置。

4.2 按键

4.2.1 关于上下拉

对于按键必须要有上下拉，因为要有默认的输入值，不能让输入值处于浮空状态

可以选择内部的上下拉和外部的上下拉

MSP430F6638具有内部上下拉，所以不一定必须使用外部上下拉

4.2.2 按键消抖

软件消抖：在首次检测到按键按下后，先执行一段延时子程序，然后再次确认按键是否按下，达到消抖目的。

硬件消抖：常用双稳态电路、单稳态电路和RC积分电路等方法。

4.3 额外的东西

对于在中断服务函数中手动清零中断标志位IFG，其实有一种更方便的方法老师没讲——PxIV，这个东西会在后边讲Timer_A中看到类似的寄存器——TAxIV

读/写这个寄存器都会使得正在等待处理的最高中断标志位清零

如果有多个中断同时到来，那么处理完最高中断后会从新开启一个中断。

第5章 看门狗WDT_A

5.1 看门狗概述

5.1.1 看门狗的作用

看门狗（Watchdog Timer-WDT）分硬件看门狗和软件看门狗，用于程序跑飞时的系统复位。

5.1.2 程序跑飞

程序跑飞不是一种硬件故障，但它会引起死机。

5.1.3 看门狗是什么

简单的说是一个定时器，从程序开始运行的时候就开始计数，当计数满的时候就会使程序复位。所以要在计满之前让看门狗定时器的数值清零，俗称喂狗。如果在计满之前看门狗没有收到喂狗信号，则认为程序已经跑飞。

5.1.4 看门狗的两种功能

分别是看门狗模式和间隔定时器模式

这两种模式使用不同的中断向量，但是都是单源中断（所以中断标志位WDTIFG可以自动清零）

看门狗模式的中断是系统中断

间隔定时器的中断是可屏蔽中断

看门狗和间隔定时器使用相同的中断标志位：WDTIFG

这两种模式不能同时使用

看门狗模式具有时钟故障保护功能，但是间隔定时器模式没有

5.2 看门狗的默认复位时间

WDTIS默认为4h，其时钟信号默认为SMCLK，而SMCLK的时钟源默认为DCOCLKDIV，DCOCLKDIV的频率默认为1048576Hz，所以时间间隔默认为

5.3 时钟故障保护

为保证WDT在看门狗模式下能工作，如果SMCLK或ACLK作为WDT_A时钟源发生故障，WDT将自己的时钟自动调整为VLOCLK（注意这里是VLOCLK，而不是REFOCLK ）

WDT_A提供故障安全时钟功能，确保在看门狗模式下不能禁止WDT_A的时钟。 这意味着LPM可能会受到WDT_A时钟选择的影响。

当WDT_A模块用于间隔定时器模式时，WDT A中没有用于时钟源的故障安全功能。

5.4 低功耗模式下的操作

用程序的要求和使用的时钟类型决定了WDT_A的配置方式。 例如，如果用户想要使用LPM3，则WDT_A不应配置为看门狗模式，其时钟源最初来自DCO，XT1为高频模式，XT2为SMCLK或ACLK。 在这种情况下，SMCLK或ACLK将保持启用状态，从而增加LPM3的当前消耗。

5.5 关闭看门狗的方法

//1. 正确的方法

WDTCTL = (WDTPW + WDTHOLD);

WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;

//2. 错误的方法

WDTCTL |= (WDTPW + WDTHOLD);//错误

第6章 定时器Timer_A

6.1 各种寄存器（x代表数字，比如我们用的TA1，那么x=1）

6.1.1 TAxR——16位计数器

16位定时器/计数器寄存器TAxR随时钟信号的每个上升沿递增或递减（取决于工作模式）。 可以使用软件读取或写入TAxR。 另外，定时器在溢出时可以产生中断。

可以通过将TAxCTL寄存器中的TACLR位置1来清零TAxR。 将该位置1会复位TAxR，定时器时钟分频器逻辑和计数方向。 TACLR位自动复位，始终读为0。

6.1.2 TAxCTL——时钟控制

TASSEL——选择时钟

MC——设置计数模式

MC Mode 中文 Description

TACLR——清空TAxR

TAIE——中断使能

6.1.3 TAxCCTLn——Timer_Ax捕捉/比较控制寄存器n

捕获比较模块一共7个，n=（0~6）

CAP——设置捕获模式/比较模式

OUTMOD——设置输出方式（共8种）

第一种是电平输出，可以指定输入的电平（OUT位）

模式 2, 3, 6, and 7 对于 TAxCCR0 是没有用的因为 EQUx = EQU0.

CCIE——中断使能

【注意】：这个是捕获比较的中断使能，和上面的Timer_A的中断不同。

6.1.4 TAxCCRn——捕捉/比较寄存器n

放数的

6.1.5 TAxIV——中断寄存器

用于查询是哪个中断到来

其中包含的中断事件不包括TAxCCR0中断

6.2 中断

6.2.1TAxCCR0中断

TAxCCR0 CCIFG具有最高的Timer_A中断优先级，并具有专用中断向量（TIMER0_A0_VECTOR）。 当TAxCCR0中断请求被服务时，TAxCCR0 CCIFG自动复位。

这是一个单源中断

6.2.2 TAxIV中断

TAxCCRy CCIFG和TAIFG被优先化并组合以获得单个中断向量。（这表明其优先级可以被软件设置，这和所谓中断优先级是两个概念） 这话大错特错！！优先级不能设置，写错了！

TAxIV用于确定请求中断的标志。

禁用Timer_A中断不会影响TAxIV值。

TAxIV寄存器的任何访问，读取或写入都会自动重置最高的待处理中断标志。 如果设置了另一个中断标志，则在服务初始中断后立即产生另一个中断。（如果你们做过实验会发现后边的串口通信也有这个性质）

这是一个多源中断，但是不用手动清中断标志位

6.3 程序

6.3.1 TA0CCR0 中断

下面程序采用增计数模式，那么增加到TA0CCR0 就会产生TA0CCR0 中断，然后计数器自动清零，重新计数

【注意】：这是一个单源中断

#include

void main(void)

{

WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // Stop WDT

P4DIR |= BIT1; // P4.1 output

TA0CCTL0 = CCIE; // 开启TA0CCR0 的中断

TA0CCR0 = 50000;

TA0CTL = TASSEL__SMCLK + MC__UP + TACLR; // 时钟源选SMCLK，增计数模式，清零计数器

_BIS_SR(LPM0_bits + GIE); // Enter LPM0, enable interrupts

_NOP(); // For debugger

}

// Timer_A0 ISR

#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR

__interrupt void TIMER0_A0_ISR(void) // 注意这个中断向量

{

P4OUT

}

6.3.2 TAxIV中断

下面程序，由于是连续计数模式，计数器会从0到FFFF重复计数，但是又未设置TA0CCRn的值，所以只在0FFFFh的时候才产生TAIFG这个中断，这个中断的查询在TAxIV=14的位置

【注意】：这是多源中断

#include

void main(void)

{

WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // Stop WDT

P4DIR |= BIT1; // P4.1 output

TA0CTL = TASSEL__ACLK + MC__CONTINUOUS + TACLR + TAIE; // 时钟源为ACLK，连续计数模式，清空计数器，是能中断

__bis_SR_register(LPM3_bits + GIE); 

//【区分】：__bic_SR_register()这个函数是和上面的作用相反，

    //比如__bic_SR_register(LPM0_bits + GIE);是关闭低功耗并且关闭总中断

_NOP(); 

}

#pragma vector=TIMER0_A1_VECTOR // 这个中断向量和上面的程序不一样

__interrupt void TIMER0_A1_ISR(void)

{

switch(__even_in_range(TA0IV,14))// __even_in_range()本征函数，用于多源中断的查询。

{

case 0: break; // No interrupt

case 2: break; // CCR1 not used

case 4: break; // CCR2 not used

case 6: break; // reserved

case 8: break; // reserved

case 10: break; // reserved

case 12: break; // reserved

case 14: P4OUT ^= BIT1; // TAIFG

break;

default: break;

}

}

第7章 模数转换器ADC12_A

7.1 概述

7.1.1 ADC12

这是一个12位的模拟量转换为数字量的内部外设

主要的过程为：

将模拟量通过某个单片机的引脚输入进去

ADC读取该引脚的电压值，并根据参考电压的大小，将其转化为12位的数字量的值

将这个12位的数字值保存到一个12位寄存器中

在ADC12的中断服务函数中读取这个寄存器的值，从而进行相应的操作

7.1.2 分辨率

用数字量的二进制位数来表示。如12位ADC的分辨率就是12位

用1个LSB使输出变化的程度表示，如12位ADC的分辨率为满刻度的1/212

7.1.3 量化间隔

满量程输入电压/（2n-1)

其中n为ADC的位数，这里为12

满量程输入电压一般为正参考电压，即VR+

7.1.4 量化误差

是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差，有两种计算方法：

绝对误差=量化间隔/2

相对误差=1/(2n+1)

这里的n还是12

7.1.5 关于参考电压的选取（REFMSTR的设置）

在REFCTL这个寄存器中有一个神奇的位叫做REFMSTR，可以通过它来设定由谁控制ADC12的参考电压。

当REFMSTR=1时，ADC12允许通过REFCTL寄存器控制参考系统，ADC寄存器组（ADC12REFON，ADC12REF2_5，ADC12TCOFF和ADC12REFOUT）内的原先的控制位就失去了作用，但是 ADC12SR和ADC12REFBURST仍由ADC12_A控制，因为它们非常特定于ADC12_A模块。

当REFMSTR=0时，ADC12的参考电压由它自己的寄存器组设置，就是上边提到的那些寄存器

7.1.6 转换的计算公式

其中4095的由来是212−1=4095 2^{12}-1=40952 

12

 −1=4095

当输入电压大于正参考电压时，寄存器的值为0x0fff，当输入电压小于负参考电压时，寄存器的值为0x0000

7.2 ADC12的采样

7.2.1 SHI

一次AD转换由采样输入信号SHI的上升沿触发

SHI的来源：

7.2.2 SAMPCON

采样控制信号SAMPCON控制采样周期和转换开始，当SAMPCON 为高时采样激活， SAMPCON 的下降沿触发模数转换。

ADC12SHP 定义了2种采样时序（方法）：

扩展采样模式

SAMPCON的长度由SHI的时间控制。即，采样输入信号SHI直接作为采样控制信号SAMPCON，决定采样的起始时刻、采样周期和转换时刻

脉冲采样模式

脉冲采样模式下，采样输入信号SHI仅用于触发采样，采样周期由采样定时器（ADC12SHT0x和ADC12SHT1x设置）确定

7.3 各种寄存器

7.3.1 ADC12CTL0

ADC12SHT1x & ADC12SHT0x

用于设定采样的周期，其中

ADC12SHT1x配置ADC12MEM8 ~ADC12MEM15寄存器的采样周期

ADC12SHT0x配置ADC12MEM0 ~ADC12MEM7寄存器的采样周期

ADC12REF2_5V

内部参考电压的设置

ADC12REFON

内部参考电压开启/关闭

ADC12ON

ADC12的开启/关闭

ADC12ENC

ADC12_A的转换使能，这个位在配置寄存器之前应该置0，配置结束后置1

ADC12SC

ADC12的转换开始，这个位在转换结束后会自动复位，所以在应用程序中转换结束后应该将这一位软件置1

7.3.2 ADC12CTL1

ADC12CSTARTADDx

转换地址选择，即ADC12MEMx的选择

ADC12SHSx

SHI信号选择

ADC12SHP

采样模式选择（扩展采样和脉冲采样）

ADC12SSELx

ADC12CLK的选择

ADC12CONSEQx

模式选择，一般选择单通道单次转换，即00

7.3.3 ADC12MEMx

转换出来的值存放在这里，一般在终端服务函数中查看这个寄存器。当转换结果写入选定的ADC12MEMx， ADC12IFGx中对应标志位置位；当这个寄存器的值被读取之后，IFG自动复位。

强调一下：转换结果写入ADC12MEMx时对应的ADC12IFGx置位，若对应的ADC12IEx 和GIE 置位，将会产生中断请求。

7.3.4 ADC12MCTLx

这里的x是由ADC12CTL1寄存器中的ADC12CSTARTADDx位确定的

ADC12SREFx参考电压选择

ADC12INCHx模拟量输入通道选择

7.3.5 ADC12IE

中断使能寄存器，使能哪一位也是由ADC12CTL1寄存器中的ADC12CSTARTADDx位确定的

7.3.6 ADC12IV

这个寄存器可以查看是哪个中断标志位置位，具体的代码是：

switch(__even_in_range(ADC12IV,34))// 注意这个内置函数，用于查看是哪个中断到来