基于MSP430F169的最小系统设计
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摘 要 : 单片机最小系统 , 或称为最小应用系统 , 是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系 统 。对于 MSP430 系列单片机来说 , 最小系统一般应该包括 : 单片机 、晶振电路 、复位电路 。本 文介绍了 MSP430 F169 单片机的特点 , 设计了 MSP430 最小系统中电源模块 、复位电路模块 、晶 振电路模块 、J TA G 接口模块 、串口通讯模块的电路原理图 , 并介绍了各部分的功能 。该最小系 统可以进行在线下载 、仿真和调试 , 经实验证明原理正确可靠 , 可以广泛应用于教学 、科研和电 子设计领域 。 关键字 : MSP430 ; 最小系统 ; 电路设计 中图分类号 : TP3681 1 文献标识码 : A 文章编号 : 16712816X (2007) 0620216203
图 2 电源模块原理图 Fig1 2 Schematic Diagram of Power System Circuit (二) 复位电路模块 微控制器正常工作时该引脚将处高电平才能正常工 作 。在系统中 , 复位电路主要完成系统的上电复位和系统在 运行时用户的按键复位 , 复位电路可由简单的 RC 电路构 成 , 也可使用其他的相对较复杂 , 但功能更完善的电路 。 在这里采用简单的由电阻 、电容 、二极管构成的 RC 复 位电路 。经使用证明 , 其复位逻辑是可靠的 。[2] 复位电路原 理如图 3 所示 。
韩勇鹏等 : 基于 MSP430 F169 的最小系统设计
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图 1 MSP430 最小系统组成框图 Fig1 1 St ruct ure Diagram of MSP430 Mini - System 经过开关后经过一个二极管 DN4148 进行电源定向 , 再通过 L M1117 - 31 3 进行 DC - DC 电压转换 。在电源模块中通过 3 个电容进行电源稳压滤波 , 为系统提供稳定的电源 。电源模 块中通过一个 L ED 灯指示电源状态 , 当电源模块有通电时 , L EDV1 点亮 , 反之 , L EDV1 熄灭 。电源模块原理图如图 2 所示 。
山西农业大学学报第 6 卷 (第 6 期) 000088
J . S ha nxi Agric. Univ. No. 6 Vol . 6 2007
基于 MSP430F169 的最小系统设计
韩勇鹏1 , 霍利锋2
(1. 山西农业大学 教务处 , 山西 太谷 030801 ; 2. 太原理工大学 , 山西 太原 030024)
单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容 : 一是 系统扩展 , 即单片机内部的功能单元 , 如 ROM 、RAM 、I/ O 、定时器/ 计数器 、中断系统等不能满足应用系统的要求 时 , 必须在片外进行扩展 , 选择适当的芯片 , 设计相应的电 路 。二是系统的配置 , 即按照系统功能要求配置外围设备 , 如电源 、A/ D 、D/ A 转换器等 , 要设 计合 适 的 接 口 电 路 。 本文将介绍基于 MSP430 F169 的最小系统设计过程 。
图 4 晶振电路设计原理图 Fig1 4 Schematic Diagram of Oscillato r Circuit (四) J TA G 接口设计 1 、J TA G 调试器概述 J TA G 最初是用来对芯片进行测试的 , 基本原理是在器 件内部定义一个 TA P ( Test Access Port 测试访问口) 通过 专用的 J TA G 测试工具对进行内部节点进行测试 。J TA G 测 试允许 多 个 器 件 通 过 J TA G 接 口 串 联 在 一 起 , 形 成 一 个 J TA G 链 , 能实现对各个器件分别测试 。现在 , J TA G 接口 还常用于实现 ISP ( In - System Programmable 在线编程) , 对 FL ASH 等器件进行编程 。 具有 J TA G 接口的芯片 , 相关 J TA G 引脚的定义为 : TC K 为测 试 时 钟 输 入 ; TDI 为 测 试 数 据 输 入 , 数 据 通 过 TDI 引脚输入 J TA G 接口 ; TDO 为测试数据输出 , 数据通 过 TDO 引脚从 J TA G 接口输出 ; TMS 为测试模式选 择 , TMS 用来 设 置 J TA G 接 口 处 于 某 种 特 定 的 测 试 模 式 ; TRST 为测试复位 , 输入引脚 , 低电平有效 。 MSP430 F169 是具有 60 KB 可电擦写的 FL ASH 存储器 型 MCU , 并具有 J TA G 调试接口 , 因此采用先通过 J TA G 调试器将编辑好的程序从 PC 机直接下载到 FL ASH 内 , 再
MSP430 F169 是 FL ASH 存储器型单片机 , 具有良好的 仿真开发技术 , 设置有 J TA G 仿真接口和高级语言编译器 。
在系统支持软件下 , 在线实现对目标系统的硬件调试及软件 开发 , 包括汇编 、C 语言 、连接及动态调试 , 具有单步 、多 断点和跟踪 , 并且开放全部存储器 、寄存器 , 可以方便可靠 地对系统进行硬件 、软件开发 。
(一) 电源模块 在该系统中需要使用 5V 和 31 3V 的直流稳压电源 , 其 中 MSP430 F169 及部分外围器件需要 31 3V 电源 , 另外部分 需要 5V 电源 。在本系统中 , 以 5V 直流电压为输入电压 , 通过 L M1117 - 31 3 将 5V 直流电压转换成 31 3V 电压 。电源
二 、单元电路设计
最小系统主要由主控 MCU , 电源 、复位电路 、时钟电 路 、J TA G 调试电路 , 串行通讯等模块组成 , 与此同时还要 设 计 MCU 时 钟 电 路 , 电 源 电 路 和 J TA G 调 试 电 路 。 MSP430 最小系统硬件组成如图 1 所示 。
时钟模块为 MCU 提供时钟源 , J TA G 接口用于单片机 程序调试和仿真 ; 串口 0 (U SAR T0) 通过 MA X232 模块进 行电平转换连接到 PC 用于调试嵌入式软件 ; 电源模块为 MCU 和各外围模块提供电源 。下面我们将对各模块电路进 行设计 。
收稿日期 : 2007203215 作者简介 : 韩勇鹏 (19782) , 男 (汉) , 山西太谷人 , 主要从事计算机监控系统 、教务管理方面的研究 。
© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
平 , 系统进入正常工作状态 。 当用户按下按钮 S1 时 , C7 两端的电荷被泻放掉 , RST
端输出为低电平 , 系统进入复位状态 , 再重复以上的充电过 程 , 系统进入正常工作状态 。
(三) 晶振电路设计 MSP430 系列单片机时钟模块有高速晶体振荡器 、低速 晶体振荡器和数字控制振荡器 DCO 等 3 个时钟源 。这是为 了解决系统的快速处理数据要求和低功耗要求的矛盾 , 通过 设计多个时钟源或为时钟设计各种不同工作模式 , 才能解决 某些外围部件实时应用的时钟要求 , 如低频通信 、L CD 显 示 、定时器 、计数器等 。数字控制振荡器 DCO 已经集成在 MSP430 内部 , 在系统中只需设计高速晶体振荡器和低速晶 体振荡器两部分电路 。 低 速 晶 体 振 荡 器 ( L FXT1 ) 满 足 了 低 功 耗 及 使 用 321 k768 Hz 晶振的要求 。L FXT1 振荡器默认工作在低频模 式 , 即 321 768k Hz , 也可以通过外接 450k Hz～8M Hz 的高 速晶体振荡器或陶瓷谐振器工作在高频模式 , 在本电路中我 们使用低频模式 , 晶振外接 2 个 22p F 的电容经过 XIN 和 XOU T 连接到 MCU 。 高速晶振也称为第二振荡器 XT2 , 它为 MSP430 F169 工作在高频模式时提供时钟 , XT2 最高可达 8M Hz 。在系统 中 XT2 采用 4M Hz 的晶体 , XT2 外接 2 个 22p F 的电容经 过 XT2 IN 和 XT2OU T 连接到 MCU , 原理如图 4 所示 。
The Mini - system Design Based on MSP430F169 HAN Yong2p eng et al.
( Teachi n g A f f ai rs O f f ice of S han x i A g ricult u ral U ni versit y , T ai g u S han x i 030801 , Chi na) Abstract : The mini2system , mini2application system , is made up of t he minimum component s. In regard to MSP430 series microcont rollers , t he mini2system generally includes MSP430 F169 , o scilla2 tor circuit and reset circuit . In t he paper , t he characteristics of MSP430 F169 are int roduced. Also t he schematic diagrams of circuit t heo ry about t ho se modules such as power module , reset circuit module , o scillator circuit module , TA G module , and series module are designed and p resented. In addition , t he f unctions of all modules are p ut forward. The mini2system can be used for o n2line download , emulation and debug , and as p roved by lot s of experiment s , it is scientific , dependable , and can be broadly adapted to t he fields of t he education , scientific research and elect ric design. Key words : MSP430 ; Mini2System ; Circuit
图 3 复位电路原理图 Fig1 3 Schematic Diagram of Reset Circuit 该复位电路的工作原理如下 : 在系统上电时 , 通过电阻 R4 向电容 C7 充电 , 当 C7 两端的电压未达到高电平的门限 电压时 , RST 端输出为低电平 , 系统处于复位状态 ; 当 C7 两端的电压达到高电平的门限电压时 , RST 端输出为高电
一 、MSP430 单片机概述
MSP430 F169 采用 “冯 ·诺依曼”结构 , RAM 、ROM 和全部外围模块都位于同一个地址空间内 , 最大寻址地址为 62 KB (60 KB Flash , 2 KB RAM) 。内部集成有 1 个硬件乘 法器 、1 个精确的模拟比较器 、2 个具有捕捉/ 比较寄存器的 定时器 、8 路 12 位 A/ D 转换器 、片内看门狗定时器 、2 个 串行通信接口以及 48 个 I/ O 引脚 , 每个 I/ O 口分别对应输 入 、输出 、功能选择 、中断等多个寄存器 , 功能口和通用 I/ O 口可复用 , 增强了端口功能和灵活性 , 提高了对外围设备 的开发能力 。[1 ]
图 2 电源模块原理图 Fig1 2 Schematic Diagram of Power System Circuit (二) 复位电路模块 微控制器正常工作时该引脚将处高电平才能正常工 作 。在系统中 , 复位电路主要完成系统的上电复位和系统在 运行时用户的按键复位 , 复位电路可由简单的 RC 电路构 成 , 也可使用其他的相对较复杂 , 但功能更完善的电路 。 在这里采用简单的由电阻 、电容 、二极管构成的 RC 复 位电路 。经使用证明 , 其复位逻辑是可靠的 。[2] 复位电路原 理如图 3 所示 。
韩勇鹏等 : 基于 MSP430 F169 的最小系统设计
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图 1 MSP430 最小系统组成框图 Fig1 1 St ruct ure Diagram of MSP430 Mini - System 经过开关后经过一个二极管 DN4148 进行电源定向 , 再通过 L M1117 - 31 3 进行 DC - DC 电压转换 。在电源模块中通过 3 个电容进行电源稳压滤波 , 为系统提供稳定的电源 。电源模 块中通过一个 L ED 灯指示电源状态 , 当电源模块有通电时 , L EDV1 点亮 , 反之 , L EDV1 熄灭 。电源模块原理图如图 2 所示 。
山西农业大学学报第 6 卷 (第 6 期) 000088
J . S ha nxi Agric. Univ. No. 6 Vol . 6 2007
基于 MSP430F169 的最小系统设计
韩勇鹏1 , 霍利锋2
(1. 山西农业大学 教务处 , 山西 太谷 030801 ; 2. 太原理工大学 , 山西 太原 030024)
单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容 : 一是 系统扩展 , 即单片机内部的功能单元 , 如 ROM 、RAM 、I/ O 、定时器/ 计数器 、中断系统等不能满足应用系统的要求 时 , 必须在片外进行扩展 , 选择适当的芯片 , 设计相应的电 路 。二是系统的配置 , 即按照系统功能要求配置外围设备 , 如电源 、A/ D 、D/ A 转换器等 , 要设 计合 适 的 接 口 电 路 。 本文将介绍基于 MSP430 F169 的最小系统设计过程 。
图 4 晶振电路设计原理图 Fig1 4 Schematic Diagram of Oscillato r Circuit (四) J TA G 接口设计 1 、J TA G 调试器概述 J TA G 最初是用来对芯片进行测试的 , 基本原理是在器 件内部定义一个 TA P ( Test Access Port 测试访问口) 通过 专用的 J TA G 测试工具对进行内部节点进行测试 。J TA G 测 试允许 多 个 器 件 通 过 J TA G 接 口 串 联 在 一 起 , 形 成 一 个 J TA G 链 , 能实现对各个器件分别测试 。现在 , J TA G 接口 还常用于实现 ISP ( In - System Programmable 在线编程) , 对 FL ASH 等器件进行编程 。 具有 J TA G 接口的芯片 , 相关 J TA G 引脚的定义为 : TC K 为测 试 时 钟 输 入 ; TDI 为 测 试 数 据 输 入 , 数 据 通 过 TDI 引脚输入 J TA G 接口 ; TDO 为测试数据输出 , 数据通 过 TDO 引脚从 J TA G 接口输出 ; TMS 为测试模式选 择 , TMS 用来 设 置 J TA G 接 口 处 于 某 种 特 定 的 测 试 模 式 ; TRST 为测试复位 , 输入引脚 , 低电平有效 。 MSP430 F169 是具有 60 KB 可电擦写的 FL ASH 存储器 型 MCU , 并具有 J TA G 调试接口 , 因此采用先通过 J TA G 调试器将编辑好的程序从 PC 机直接下载到 FL ASH 内 , 再
MSP430 F169 是 FL ASH 存储器型单片机 , 具有良好的 仿真开发技术 , 设置有 J TA G 仿真接口和高级语言编译器 。
在系统支持软件下 , 在线实现对目标系统的硬件调试及软件 开发 , 包括汇编 、C 语言 、连接及动态调试 , 具有单步 、多 断点和跟踪 , 并且开放全部存储器 、寄存器 , 可以方便可靠 地对系统进行硬件 、软件开发 。
(一) 电源模块 在该系统中需要使用 5V 和 31 3V 的直流稳压电源 , 其 中 MSP430 F169 及部分外围器件需要 31 3V 电源 , 另外部分 需要 5V 电源 。在本系统中 , 以 5V 直流电压为输入电压 , 通过 L M1117 - 31 3 将 5V 直流电压转换成 31 3V 电压 。电源
二 、单元电路设计
最小系统主要由主控 MCU , 电源 、复位电路 、时钟电 路 、J TA G 调试电路 , 串行通讯等模块组成 , 与此同时还要 设 计 MCU 时 钟 电 路 , 电 源 电 路 和 J TA G 调 试 电 路 。 MSP430 最小系统硬件组成如图 1 所示 。
时钟模块为 MCU 提供时钟源 , J TA G 接口用于单片机 程序调试和仿真 ; 串口 0 (U SAR T0) 通过 MA X232 模块进 行电平转换连接到 PC 用于调试嵌入式软件 ; 电源模块为 MCU 和各外围模块提供电源 。下面我们将对各模块电路进 行设计 。
收稿日期 : 2007203215 作者简介 : 韩勇鹏 (19782) , 男 (汉) , 山西太谷人 , 主要从事计算机监控系统 、教务管理方面的研究 。
© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
平 , 系统进入正常工作状态 。 当用户按下按钮 S1 时 , C7 两端的电荷被泻放掉 , RST
端输出为低电平 , 系统进入复位状态 , 再重复以上的充电过 程 , 系统进入正常工作状态 。
(三) 晶振电路设计 MSP430 系列单片机时钟模块有高速晶体振荡器 、低速 晶体振荡器和数字控制振荡器 DCO 等 3 个时钟源 。这是为 了解决系统的快速处理数据要求和低功耗要求的矛盾 , 通过 设计多个时钟源或为时钟设计各种不同工作模式 , 才能解决 某些外围部件实时应用的时钟要求 , 如低频通信 、L CD 显 示 、定时器 、计数器等 。数字控制振荡器 DCO 已经集成在 MSP430 内部 , 在系统中只需设计高速晶体振荡器和低速晶 体振荡器两部分电路 。 低 速 晶 体 振 荡 器 ( L FXT1 ) 满 足 了 低 功 耗 及 使 用 321 k768 Hz 晶振的要求 。L FXT1 振荡器默认工作在低频模 式 , 即 321 768k Hz , 也可以通过外接 450k Hz～8M Hz 的高 速晶体振荡器或陶瓷谐振器工作在高频模式 , 在本电路中我 们使用低频模式 , 晶振外接 2 个 22p F 的电容经过 XIN 和 XOU T 连接到 MCU 。 高速晶振也称为第二振荡器 XT2 , 它为 MSP430 F169 工作在高频模式时提供时钟 , XT2 最高可达 8M Hz 。在系统 中 XT2 采用 4M Hz 的晶体 , XT2 外接 2 个 22p F 的电容经 过 XT2 IN 和 XT2OU T 连接到 MCU , 原理如图 4 所示 。
The Mini - system Design Based on MSP430F169 HAN Yong2p eng et al.
( Teachi n g A f f ai rs O f f ice of S han x i A g ricult u ral U ni versit y , T ai g u S han x i 030801 , Chi na) Abstract : The mini2system , mini2application system , is made up of t he minimum component s. In regard to MSP430 series microcont rollers , t he mini2system generally includes MSP430 F169 , o scilla2 tor circuit and reset circuit . In t he paper , t he characteristics of MSP430 F169 are int roduced. Also t he schematic diagrams of circuit t heo ry about t ho se modules such as power module , reset circuit module , o scillator circuit module , TA G module , and series module are designed and p resented. In addition , t he f unctions of all modules are p ut forward. The mini2system can be used for o n2line download , emulation and debug , and as p roved by lot s of experiment s , it is scientific , dependable , and can be broadly adapted to t he fields of t he education , scientific research and elect ric design. Key words : MSP430 ; Mini2System ; Circuit
图 3 复位电路原理图 Fig1 3 Schematic Diagram of Reset Circuit 该复位电路的工作原理如下 : 在系统上电时 , 通过电阻 R4 向电容 C7 充电 , 当 C7 两端的电压未达到高电平的门限 电压时 , RST 端输出为低电平 , 系统处于复位状态 ; 当 C7 两端的电压达到高电平的门限电压时 , RST 端输出为高电
一 、MSP430 单片机概述
MSP430 F169 采用 “冯 ·诺依曼”结构 , RAM 、ROM 和全部外围模块都位于同一个地址空间内 , 最大寻址地址为 62 KB (60 KB Flash , 2 KB RAM) 。内部集成有 1 个硬件乘 法器 、1 个精确的模拟比较器 、2 个具有捕捉/ 比较寄存器的 定时器 、8 路 12 位 A/ D 转换器 、片内看门狗定时器 、2 个 串行通信接口以及 48 个 I/ O 引脚 , 每个 I/ O 口分别对应输 入 、输出 、功能选择 、中断等多个寄存器 , 功能口和通用 I/ O 口可复用 , 增强了端口功能和灵活性 , 提高了对外围设备 的开发能力 。[1 ]