Transcript 3 MSP430

CH3 MSP430基本架構與特性
大綱
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3.1 MSP430基本介紹
3.2 MSP430微處理機的特性
3.3 MSP430F247T晶片組介紹
3.4 MSP430開發之軟硬體工具
3.5 MSP430之擴充載板設計
3.6 問題與討論
3.1、MSP430 微處理機的發展
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MSP430 系列是一個16位元、具有精簡指令集的、超
低功耗的混合型微處理機。
TI於1996年推出後，由於其具有極低的功率消耗、
豐富的晶片組內外週邊和方便靈活的開發方式，已
成為目前眾多微處理機系列中相當出色的類型與選
擇。
3.1.1 發展階段
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初步階段
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從1996年推出至2000 年初，這個階段的MSP系列首先
推出有33X 、32X 、31X等幾個系列，而後於 2000 年
初又推出了 11X 、11X1系列。
沿革階段
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這個時期的MSP430已經突顯出其特低功耗等的一系
列技術特點，但也有一些缺點。例如，晶片內串列通
信介面、硬體乘法器、或足夠的I/O接腳等都無法滿
足許多的應用。
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發展階段
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在前一階段，引進新技術和內部進行調整之後，為 MSP430
的功能擴展打下了良好的基礎。於是 TI 公司在 2002年底和
2003 年期間又陸續推出了F15X和F16X系列的產品。
在這一新的系列中，有了兩個重大的發展。
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第一是記憶體方面，將 RAM 容量大大增加，如 F1611的 RAM
容量增加到了10KB。如此，即可將即時操作系統（RTOS）引
入 MSP430中。
第二則是週邊模組支援來說，增加了I2C、DMA、DAC12和電
源電壓檢測（SVS）等模組。
3.1.2 MAP430 系列與
89C51系列的比較
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指令方面
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89C51系列是8位元微處理機，其指令是採用的被稱為
“ CISC ”的複雜指令集，共具有 111 條指令。
而 MSP430 微處理機是16位元的微處理機，採用了精簡
指令集（ RISC ）結構，只有簡潔的27條指令
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這些內核指令均為單週期指令，功能強，執行的速度更快。
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耗電方面
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89C51系列本身的電源電壓是 5V，有兩種低功耗方式：
待機方式和省電方式。正常情況下消耗的電流為24mA，
在省電狀態下，其耗電電流仍為3mA。
MSP430系列微處理機在低功耗方面則是呈現出89C51系
列所無法比擬的優越之處。
其在啟動模式：
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於1 MHz，2.2 V 下是270 µa
在待機模式(VLO)：
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0.3 µA以及在省電模式(RAM保存)：0.1 µA。
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擴增週邊模組方面
由於89C51系列的內部匯流排是8位元的，其內部
功能模組基本上都是8-bits的。
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類比功能元件的增加更顯困難。
MSP430系列其基本架構是16-bits的
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無論擴展8位元的功能模組，還是16-bits的功能模組
都是很方便的。
例如：新增類比/數位（A/D）轉換或數位/類比（D/A）
轉換的功能模組。
3.2、 MSP430 微處理機的特性
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強大的處理能力
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MSP430系列微處理機是一個 16-bits的微處理機，採用
了精簡指令集（ RISC ）結構
具有豐富的定址方式（7種來源運算元定址與4種目的運
算元定址）
簡潔的27條內核指令以及大量的類比指令，大量的暫存
器以及晶片組內資料記憶體都可執行多種運算，還有高
效能的查表處理指令。
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運算速度
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MSP430具有較高的處理速度，在連接8MHz振盪器，指
令週期為 125 ns。
MSP430系列微處理機能在 8MHz振盪器的驅動下，實現
125ns 的指令週期。
16-bits的資料寬度、125ns 的指令週期以及多功能的硬體
乘法器（能實現乘加運算）相配合，即能實現數位信號
處理的某些演算法（如FFT等）。
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功率消耗
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超低功耗 MSP430 微處理機之所以有超低的功耗，是因
為在降低晶片的電源電壓，以及在可控制的執行時脈方
面上都有其特殊的設計與設定。
MSP430 系列微處理機的電源電壓採用的是1.8~3.6V 電
壓。因而可使其在1MHz的時脈條件下執行時， 晶片組
的電流會在200~400uA左右，時脈斷開模式的最低功率
消耗只有0.1uA。
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系統工作穩定
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打開電源重置後，首先由校準過後的數位控制振盪器
（DCO）時脈啟動 CPU ，以保證程式從正確的位置開
始執行，並保證振盪器有足夠的振盪及穩定時間。
晶片組上的豐富週邊模組
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MSP430 系列微處理機的各系列都內建豐富的週邊模組
其分別是看門狗計時器（WDT）、類比比較器 A、計時
器 A（Timer_A）、計時器 B（Timer_B）、串列埠0、1
（USART0、1）、硬體乘法器、LCD驅動器、10-bits
/12-bits ADC、I 2 C 匯流排直接資料存取（DMA）、埠
0（P0）、埠1~6（P1~P6）、基本計時器（Basic Timer ）
等的一些週邊模組的不同組合。
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高便利性的開發環境
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因為元件晶片組內有JTAG除錯介面，還有可以透過電子
抹除的Flash記憶體
採用先下載程式到Flash記憶體內，再在元件內透過軟體
控制程式的執行
由 JTAG 介面讀取晶片組內資訊供設計者除錯使用的方
法進行開發
3.3、MSP430F247T晶片組介紹
MSP430F24x晶片組系列之硬體方塊圖
MSP430F24x晶片組系列之實體接腳圖
MSP430F24x晶片組系列的特性
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低電壓範圍，1.8 V至3.6 V
超低功率消耗：
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啟動模式：於1 MHz，2.2 V 下是270 µA
待機模式(VLO)：0.3 µA
省電模式(RAM保存)：0.1 µA
從待機模式中，以不超過1µs時間來實現超快喚醒功能
16-Bit RISC架構，62.5-ns指令週器時間
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基本時脈模組配置：
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內部頻率可達16 MHz
內部非常低功率的RF振盪器
32-kHz石英晶體
具備四個校準過達±1%頻率，內部頻率可達16 MHz
諧振器
外部數位時脈源
外部電阻器
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具備內部參考電壓，取樣與保持，及自動掃瞄特性
的12位元類比轉數位(A/D)轉換器
具備7個補抓/ Compare-With-Shadow 暫存器的16位
元Timer_B
4個通用串列通訊介面(USCI)
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USCI_A0 與USCI_A1
支援自動鮑率偵測的增強型UART
IrDA編碼器與解碼器
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同步SPI
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USCI_B0與USCI_B1
I2C™
同步SPID
內建比較器
具備支援可程式化準位偵測的電壓監督器/監測器
節約電力的偵測器
Bootstrap載入器
串列線上燒錄，無須外部燒錄電壓，也可透過保密
保險絲來實現程式碼保護的功能
3.4、MSP430開發之軟硬體工具
3.4.1 硬體工具
MSP-FET430U14 Flash模擬工具
安裝步驟
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步驟一、當第一次使用MSP-FET430UIF JTAG Tool
會再裝置管理員看到未安裝驅動的訊息，如下圖所
示。
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步驟二、請點選MSP-FET430UIF JTAG Tool更新驅動程
式，如下圖所示。
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步驟三、請放入光碟並點選光碟機MSP430在按確定，
如下圖所示。
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步驟四、便會出現如下圖所示請點選繼續安裝即可，
如下圖所示。
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步驟五、便會安裝完成MSP-FET430UIF (TI USB
FET)Adapter，如下圖所示。
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步驟六、安裝完後再裝置管理員便會出現MSPFET430UIF-Serial Port裝置未安裝，如下圖所示。
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步驟七、請點選MSP-FET430UIF-Serial Port並更新
驅動，如下圖所示。
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步驟八、請放入光碟並點選光碟機MSP430在按
確定，如下圖所示。
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步驟九、便會出現如下圖所示請點選繼續安裝即
可，如下圖所示。
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步驟十、便會安裝完成MSP-FET430UIF – Serial
Port，如下圖所示。
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步驟十一、確定安裝完成便會出現 MSP-FET430UIF
(TI USB FET)Adapter與MSP-FET430UIF – Serial
Port。
3.4.1 軟體工具
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為了提供MSP430微處理機程式的開發、除錯與燒錄
功能，我們可以使用TI所提供的整合開發環境。
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在TI的官方網站提供了一個有16KB限制的”Code
Composer Essentials v3.1 Core Edition”整合開發環境
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目前版本是3.1版。讀者下載後即可安裝使用，當然
需注意程式碼在編譯後不能超過16KB。
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步驟一、上網抓取最新的Code Composer Essentials v3.1
Core Edition請到
http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/msp-cce430.html
步驟二、請點選Download & Register 如下圖所示，按進去
需註冊一些基本資料後便可下載。
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步驟三、下載完後解壓縮便會有
setup_CCE_3.2.3.6.4_MSP430_CE的安裝檔，依版本不
同名稱就會改變。
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步驟四、點選setup_CCE_3.2.3.6.4_MSP430_CE安
裝檔後，便會出現以下圖示去偵測電腦裝置。
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步驟五、偵測完後會出現安裝畫面，確認後請點
選Next，如下圖所示。
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步驟六、會出現一些安裝前所需注意的項目，看完
後請點選”I accept the terms of the license agreement”
後，再點選”Next”，如下圖所示。
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步驟七、選擇所要安裝的目錄，如下圖所示。
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步驟八、點選最上面的”Typical”典型安裝即可，
再點選 “Next” ，如下圖所示。
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步驟九、開始安裝點選”Install” ，如下圖所示。
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步驟十、安裝完畢，如下圖所示。
Code Composer Essentials v3.1 Core
Edition”整合開發環境的燒錄步驟。
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步驟一、請打開Code Composer Essentials v3.1 Core
Edition軟體，會顯下出以下畫面讓你選擇要存儲檔案的
路徑。如果點選”Use this as the default and do not ask
again”，那下次開啟時會依第一次設定的路徑直接開啟。
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步驟二、第一次開啟時會出現以下畫面說明介紹
軟體，直接選右上方的黃色框框”Exit”就可以直
接進入畫面。
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步驟三、開啟後的畫面如下現在開始正式進入燒
入的方法步驟，如下圖所示。
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步驟四、請選擇工具列的”Project”功能表
的”Open Existing Project”選項，如下圖所示。
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步驟五、請點選”Browse”按鈕，選擇資料夾路徑，請注
意路徑不能有中文不然雖然可以開啟但是卻無法正常燒
入，如下圖所示。
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步驟六、選擇完後Projects會出現專案檔案的選擇，
直接按”Finish”按鈕就可以了，如下圖所示。
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步驟七、請選擇”Run”功能表中的”Debug
Active Project”或者按工具列上的一隻綠色的小蟲
就可開始進入燒入畫面，如下圖所示。
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步驟八、請等待視窗跑完，如下圖所示。如果在
這個時候出現錯誤訊息表示可能選擇的MSP430的
檔案不對，此時請注意板子上的MSP430型號。如
型號正確請看一下是否路徑下有中文名稱，這些
都會造成無法燒入。
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步驟九、請先選擇如下圖藍色部份在直接按下圖的綠
色箭頭鈕就能進行燒入了，或是按工具列上的”Run”
也有燒入鈕，或按下快捷鍵F8也能快速燒入。
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步驟十、如燒入成功會如下圖所示，接著就能看機
器上的LCD或是相對應的硬體動作是否有改變。
3.5、MSP430之擴充載板設計
MSP430連接與控制的擴充載板示意圖
感測器與載板類型
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三色LED
光照度感測模組
陀螺儀感測器(IDG300)
紅外線感測器(MLX90614)
加速度感測器 (MMA7260)
馬達模組
溫度感測器( SH_11)
太陽能板模組
3.6、問題與討論
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請讀者稍微說明MSP430與8051系列的微處理機的差異點。
本書所採用的MSP430微處理機型號為何?試列舉其重點特性?
若讀者手邊有MSP-FET430U14 Flash模擬工具，請按照本章
節內容依序安裝完畢，並說明安裝過程是否有所差異。若安
裝不成功，試重新依序安裝一次，並找出其問題點加以解決。
請讀者上網抓取Code Composer Essentials v3.1 Core Edition軟
體，並按照本章之內容依序安裝完畢，並說明安裝過程是否
有所差異。若安裝不成功，試重新依序安裝一次，並找出其
問題點加以解決。
請讀者檢視手邊現有的感測器或載板類型，並對照圖片及列
出其項目。