作者： 杨波 常越 上海交通大学电力学院
摘要本文介绍了MSP430 单片机13x 14x 系列的功能特点并以其为核心研制的通用系统和应用举例。
前言
德州仪器公司的MSP430 系列单片机是一种超低功耗微处理器该微处理器。通过16 位RISC 系统，16位CPU集成寄存器和常量发生器来获得最大代码效率。MSP430的16位定时器是应用于工业控制如纹波计数器，数字化电机控制，电表和手持式仪表等的理想配置。它的硬件乘法器大大加强了其功能并提供了软硬件相兼容的范围，提高了数据处理的能力。MSP430Fx1x系列具有FLASH存储器，不同型号单片机的存储器容量和外围模块各不相同使用者可以根据需要具体选择。适应工业级应用环境MSP430 的运行环境温度范围为-40---+85OC，所设计的产品适合运行于工业环境下。
1 MSP430 单片机具有如下特点
(1)低供电电压范围1.8V---3.6V， 在1MHz时钟条件下工作时，工作电流视不同模式为0.1uA---400uA，有5种低功耗超低电流消耗模式可使用电池供电片内数字控制振荡器DCO 可以使单片机在6 微秒的时间内从低功耗模式转变到活动模式。

(2)有丰富的片上外围模块: 最多8路12位A/D转换4，8个I/O 端口，两个UART，看门狗两个内置16 位定时器，可在线仿真的FLASH 内存，7 路PWM 输出LCD驱动等。我所用的主控芯片MSP430F149 就包含了:12 位A/D ，精密模拟比较器，硬件乘法器，2 组频率可达8MHz 的时钟模块，2 个带有大量捕获/比较寄存器的16 位定时器，看门狗，二个可实现异步同步及多址访问的串行通信接口，数十个可实现方向设置及中断功能的并行输入，输出断口等。

(3)多种时钟模块
MSP430 单片机有三种时钟源可以选择提供给ACLK，SMCLK， MCLK。 其中LFXT1 提供给外围设备32768Hz 的时钟，LFXT2 可以提供高达8MHz 的时钟供单片机运行使用，DCO 为单片机内部提供，并具有锁相环，为系统提供一个内部时钟源，当XTALT2 没有提供时，系统依靠DCO 运行整个时钟配置可以通过DCOCTL BCSCTL1，BCSCTL2 和SR 等控制寄存器中相应的位来选择和控制以满足用户对系统的要求。

(4)强大的处理能力MSP430 具有丰富的寻址方式(7 种源操作数，4种目的操作数) 但只需要简洁的27 条指令；片内寄存器数量多，存储器可实现多种运算，有高效的查表处理方法，这些都保证了可以编出高效的程序。

(5)方便高效的开发方式支持在线仿真和编程，所配编译器功能强大；具有FLASH存储器。利用单片机本身具有的JTAG 接口或片内BOOT ROM。 可以在一台PC 及一个结构小巧的JTAG 控制器的帮助下实现程序的下载完成程序的在线调试，实时修改片内寄存器和内存的内容对使用者来说将大大提高程序的调试效率。

(6)熔丝保密功能和256位保密字相结合，几乎没有解密的可能，可以充分保证用户程序的安全性；

(7)MSPF13X 14X 系列芯片的管脚功能封装的兼容性，同样的硬件电路板可以选用这两个系列中的任意芯片，配合用户的需求，在满足功能要求的前提下可以选用价格较低的芯片，提高系统的经济性能。

MSP430 单片机的典型应用包括采集模拟信号，转换成数字信号，传送到主机系统进行处理。我们设计了MSP430 单片机的通用系统并应用于实际工程中，大大地缩短了开发周期，并以其替代了其它单片机系统。现将开发通用板的过程当中的一些经验总结出来以便相互交流。

一；系统复位电路的设计；系统复位电路的设计一定要使系统能够充分复位，在各种复杂情况下稳定可靠地工作。复位性能不好会影响系统的正常运行。在MSP430单片机中有一/RST复位管脚，它与不可屏蔽中断功能管脚复用，可由软件选择其功能，正常情况下为复位功能只要有低电平输入，系统就将复位，我们的复位电路正是基于此原理设计并保证有充分的低电平时间图中R33=68K，R34=200，欧C25 50 皮法；在总结经验的基础上，我们设计了实际电路如图并运转良好。

二；采样隔离电路的设计:为了MSP430 单片机系统运行的稳定性及更好地去除外界干扰信号的影响，我们对输入信号进行光耦隔离采样，并对交流输入信号进行提升，使其信号电平处于0 VCC，之间变化适合MSP430x1xx 系列单片机的A/D采样范围M。SP430x1xx 系列单片机的A/D 采样精度可达12，位最高采样速率可达200KBPS，具有采样/保持功能的ADC内核，可控制的转换存储和参考电平发生器，采样时钟源及转换时序电路可选。我们可以利用其内部的参考电平进行A/D 的测试参考电平从0 VCC 可选我们利用TIL300 的光耦设计了采样保护及隔离电路如下，以供参考。调理后的信号接至A/D 输入端P60---P67。 若有更多的信号需要处理，则可外接扩展电路。

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三 液晶和键盘接口电路的设计
  在目前的微小型系统中，液晶显示已作为一个必不可少的部分和发展趋势，我们可以直接利用I/O 口模拟液晶的读写和控制时序，成功地驱动了MGLS240X120 的点阵式液晶，控制字符，图形以及汉字的显示。液晶需要的电源由用户板提供。实验证明；MSP430 单片机的驱动能力很强，可以直接驱动5V接口的液晶。在实际工作中，我们的通用系统能够实现将信号由A/D 端口采样输入经过数据处理后在液晶面板上实时显示出来并同步刷新M。SP430 单片机有些型号直接带LCD 驱动接口，有现成的例程可以提供，对显示要求不是很高的地方可以采用，这样可以大大提高开发速度减，小开发难度。键盘接口电路可以直接用I/O 口模拟，用查询或中断方式控制。

四；打印机驱动硬件接口电路的设计
打印机输出是计算机系统最基本的输出形式，其电路组成分为四个部分；控制电路、驱动电路、接口电路和电源电路控制电路。由CPU 及相应外围电路构成，是整个打印机的控制中心；驱动电路受控制电路控制，直接与打印头相接，驱动打印头及相关电机的动作；电源电路提供给打印机各种规格的电压；接口电路是打印机与主控芯片通讯的通道，主控芯片发送的命令和数据均经接口电路送达打印机的控制中心。我们可以采用标准的Centronic 并行接口，利用其中最关键的信号线/STB，D0~D7，BUSY，/ACK，/INIT，/PE，/ERROR由I/O口模拟打印机的工作时序，在打印机与主机之间形成数据交换，完成打印任务。针对不同型号的打印机我们使用相应的打印控制命令试验结果表明；MSP430 能直接驱动各种类型的打印机，我们的驱动程序能适应几种不同型号的打印机，但对一些特定的打印机必须使用制定的指令集使用相关的字符集。

五；将MSP430F149 芯片用于变频调速系统
充分利用MSP430 单片机丰富的功能，进行变频调速控制，驱动电机运行。我们首先利用前述隔离电路对电机电压和电流信号进行调理，再从A/D 输入端测得相应的值，经计算后得出三相电压和电流，根据恒压频比调节原理计算输出六路相应的PWM 波，这六路PWM 波形经转换后控制相应IGBT 的导通及关断，控制电机的输出转矩和频率。在相应的MGLS240X120 点阵式液晶面板上显示电压，电流，频率时间。我们还通过RS232 通讯接口与上位机通讯，可以在上位机上直接控制和显示电压，电流和频率，还可以对起动过程实现软起动过程控制，也可以在现场用键盘直接控制其控制，框图如下:
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在MSP430F149 中TIMER-B 可以输出7 路独立的PWM 波，还可以利用CCR0、 CCR1形成死区，只要改变PWM 波的占空比和周期，就可以控制IGBT 的导通与关断，也就控制了输出到电机端的电压及频率，实现在线的变频调速。为了确保万无一失，在硬件电路中设计了相应的死区及保护电路。

六；编程语言的使用
MSP430 系列单片机可以利用IAR 公司的WORKBENCH 和C-SPY 编译，直接下载至片内FLASH 内存，脱机运行。整个用户界面友好，调试过程中可以在上层软件中看到各寄存器的内容并在线修，改支持单步运行，在线观察定义的各个变量实时值采用把所有相关文件放入一个项目中的组织方式，编译运行时软件会自动将文件按内在联系联系自动组合在一起，支持汇编和C 语言的编程。追求效率的用户可自由选择只有27 条精简指令的汇编语言，直接实现对寄存器的控制；一般的用户可以选择C 编程IAR 的C 具有如下特点：
 (1)与ANSI 的规格一致；
 (2)有可应用于嵌入式系统的标准函数库具有可选用的源代码；
 (3)IEEE 兼容的浮点算法；
 (4)用户代码可与汇编子程序连接；
 (5)长识别符――多达255 个有效字符，32000 个外部符号；
 (6)快速编译性能代码的优化，灵活的变量分配和可移植性能，易于理解的出错和警告信息。
   这些都将大大缩短开发周期，降低开发难度。可以说MSP430 的软件使用是相当简洁、方便高效的。我们设计的系统软件包括初始化子程序、A/D 采样程序键盘、及液晶子程序、数据处理子程序、PWM 波生成子程序、故障处理程序、通讯程序以及上位机界面程序等软件流程图如下：
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一年多来的使用经验来看德州仪器公司推出的MSP430 系列FLASH 单片机功能全面、使用方便、可有效保护软件的知识产权。有很高的实用价值必将越来越广泛地被应用到各个领域中。