第１讲 ＭＳＰ４３０单片机系列简介（下）

张俊谟

4.MSP430系列的内部结构概述

MSP430系列器件包含CPU、程序存储器(ROM、 OTP和Flash ROM)、数据存储器(RAM)、运行控制、外围模块、振荡器和倍频器等主要功能模块。其基本结构如图1所示。可以看出，MSP430内部包含了计算机的所有部件，是一个真正的单片机(微控制器MCU)。

CPUCPU 由一个16位的ALU、16个寄存器和一套指令控制逻辑组成，其逻辑简图如图2所示。在16个寄存器中，程序计数器PC、堆栈指针SP、状态寄存器SR和常数发生器CGl、CG2这4个寄存器有特殊用途。除了R3和R2外，所有寄存器都可作为通用寄存器来用于所有指令操作。常数发生器是为指令执行时提供常数的，而不是用于存储数据的。对CGl、CG2访问的寻址模式可以区分常数的数据。

在CPU内部有一组16位数据总线和16位的地址总线；CPU运行正交设计、对模块高度透明的精简指令集；PC、SR和SP配合精简指令组所实现的控制，使应用开发可实现复杂的寻址模式和软件算法。

存储器 MSP430系列采用 “冯-纽曼结构”。因此，RAM、ROM和全部外围模块都位于同一个地址空间内，即用一个公共的空间对全部功能模块进行寻址。支持外部扩展存储器是将来性能增强的目标。特殊功能寄存器及外围模块安排在000H～1FFH区域；RAM和ROM共享0200H～FFFFH区域，数据存储器（RAM）的起始地址是0200H。

存储器与CPU及存储器数据总线(MDB)、存储器地址总线(MAB)的连接关系如图3所示。

（1）程序存储器MSP430系列程序存储器的类型有ROM、OTP和Flash ROM三种，存储器的类型和容量示于本刊网站的表1中。

ROM的容量在1～60KB之间；对于Flash型的芯片，内部还集成有两段128B（共256B）的信息存储器以及1KB存放自举程序的自举存储器（BOOT ROM）；对代码存储器的访问总是以字形式取得代码，而对数据可以用字或字节方式访问。每次访问需要16条数据总线（MDB）和访问当前存储器模块所需的地址总线（MAB）；存储器模块由模块允许信号自动选中。最低的64KB空间的顶部16个字，即0FFFFH～0FFE0H，保留存放复位和中断的向量；在程序存储器中还可以存放表格数据，以实现查表处理等应用；程序对程序存储器可以任意读取，但不能写入。

（2）数据存储器数据存储器(RAM)经两条总线与CPU相连，即存储器地址总线MAB和存储器数据总线MDB（见图3）。

数据存储器可以以字或字节宽度集成在片内，其容量在128B～10KB之间；所有指令可以对字节或字进行操作。但是对堆栈和PC的操作是按字宽度进行的，寻址时必须对准偶地址。

运行控制MSP430系列微控制器的运行主要受控于存储在特殊寄存器(SFR)中的信息。不同SFR中的位可以允许中断，以支持取决于中断标志状态的软件以及定义外围模块的工作模式。

禁止外围模块，停止它的功能，可以减少电流消耗，而所有存储在模块寄存器中的数据仍被保留。外围模块的工作模式可以用SFR的特定位置来标明。

外围模块 外围模块包括基本定时器（Basic Timer）、16位定时器(Timer_A及Timer_B)、ADC转换器、I/O端口、异步及同步串行通讯口（USART）以及液晶显示驱动模块等。

外围模块经MAB、MDB与CPU相连。图4所示为外围模块的连接总线示意图。从图中可以看出，外围模块可分为字（16位）模块和字节（8位）模块两种。对大多数外围模块，MAB通常是5位，MDB是8位或16位。

字节（8位）模块的数据总线是8位的，需经总线转换电路与16位的CPU相连。这些模块的数据交换毫无例外地要用字节指令处理；对字（16位）模块，其数据总线是16位的，无需经过转换而直接与CPU的16位数据总线相连。模块的操作指令就没有任何限制。MSP430系列所包含的字节（8位）模块和字（16位）模块，请参看本刊网站上的表2和表3。

振荡器和时钟发生器 振荡器LFXT1（LF）是专门为通用的低功耗32768 Hz时钟晶振设计的。除了晶体外接外，所有的模拟元件都集成在片内。但是也可以用一个高速的晶振工作，这时需要外接负载电容。

对于F13X、F14X、F15X和F16X以及F4XX系列，片内还有一个可接入高速晶振的XT2振荡器。除了晶体振荡器之外，F13X、F14X、F15X和F16X系列都有一个数字控制RC振荡器（DCO），用它实现对振荡器的数字控制和频率调节；对于F4XX系列，将晶振频率用一个锁频环电路(FLL或FLL＋)进行倍频。FLL或FLL＋在上电后以最低频率开始工作，并通过控制一个数控振荡器(DCO)来调整到适当的频率。供处理器工作的时钟发生器的频率固定在晶振的倍频上，并提供时钟信号MCLK。

外围模块及CPU的时钟源选择非常灵活。可以用以实现各种低功耗模式下的运行。