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MSP430 单片机系列讲座 [ 第一讲 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 、 ROM 和 Flash ROM) 、数据存储器 (RAM) 、运行控制、外围模块和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 内部包含了计算机所有部件，是一个真正的单片机 ( 微控制器 MCU) 。
CPU CPU 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 ／ CG2 和 R2 ／ CGl 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。
图 1
图 2
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。
图 3
（ 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 1KB ～ 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 16 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 。
图 4
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。 | 
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