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7/24/2019 Capitulo2Hugo.pdf

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ORGANIZACININTERNA DE LOSMICROCONTROLADORES

Microcontroladores

F. Hugo Ramrez LeyvaOctubre2012

1

PROCESADORES DE TEXAS INSTRUMENTS

2

MICRCONTROLADOR (MCU) MSP430 El MCU MSP430 son

fabricados por TexasInstruments (TI)

CPU de 16 bits Tienen un bajo consumo

de energa Existen modelos con:

Velocidad del CPU de8MHz a 25 MHz

Memoria flash de 0.5kBa 256kB

RAM de 128B a 18kB De 14 a 113 terminales Mas de25 empaques

Pgina del micro:www.ti.com/msp430 3

FAMILIA DE MICROCONTROLADORESMSP430

4

RECURSOS DEL MICROCONTROLADORMSP430

5

USB Radio Frecuencia (RF) Manejador de

despegadores de cristal

lquido (LCD) Convertidores ADC

sigman delta Moduladores de ancho

de pulso (PWM) Comparadores Comunicaciones seriales

(I2C, LIN/IrDA, UART) Teclado Capacitivo

FAMILIA DE MICROCONTROLADORESMSP430

6

El MSP430 tiene unaarquitectura RISC

Su CPU es de 16 bits y lalectura la realiza en un ciclo

27 instrucciones Los kits de desarrollo inician

en $4.30 dlsAmbientes de desarrollo

Code Composer Studio(CCS), IDE, IAR EmbededWorkbench

Tiene soporte para Linux


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USOS DEL MSP430

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Mediciones: www.ti.com/430metering

Equipo portable mdico: www.ti.com/430medical

Data Logging: www.ti.com/fram

APLICACIONES DEL MSP430

8

Comunicacionesinalmbricas: www.ti.com/cc430

Teclados capacitivos: www.ti.com/capacitivetouch

Salud personal y fitness: www.ti.com/chronos

APLICACIONES DEL MSP430

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Energy Harvesting:www.ti.com/energyharvesting

Control de Motores:www.ti.com/motorcontrol

Seguridad:www.ti.com/430security

HERRAMIENTAS DE DESARROLLO

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TI suministra unconjunto deherramientas parahacer desarrollosen el MSP430Ware

La pgina donde seencuentrainformacin es:www.ti.com/msp430ware

DRIVER DE LIBRERAS DEL MSP430

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Facilidad de uso en elllamado a perifricos

Incluyen convertidores,temporizadores,comunicaciones seriales y

mas Se tienen soporte para las

familias MSP430F5xx yF6xx

Documentacin completacon un API grfica

Marca y cdigo libre Se tiene un api (GRACE)

par la configuracin deperifricos

GRACE

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Grace permite generar rpidamente ydocumentar programas en C

Facilita la configuracin de los perifericos


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HERRAMIENTAS DE SOFTWARE

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EL MSP-EXP430G2 LAUNCHPAD

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El MSP-EXP430G2LaunchPad development kitsuministra todo el hardware

y software necesarioparainciar Soportatodala lne de

MCUs MSP430G2xxwww.ti.com/launchpad

Caracteristicas: Emulador en la tarjeta 20-pin DIP Socket 2 on-board LEDs and 2 on-

board switches El Kit incluye, el cable USB,

la guia de inicio rpido 2x 10-pin male and female

headers Trae 2 MSP430 MCUs

HERRAMIENTAS DE DESARROLLO EZ430

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Los kits eZ430 permite probar otros mdulos delMSP430 en un empaque como una memoria USB

Los precios varia desde 10 dlls hasta 199dlls

TARJETAS DE DESARROLLO

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PROGRAMAUNIVERSITARIO

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EMPAQUES

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MSP430G2XX SERIES UP TO 16 MHZ

21

MSP430G2XX SERIES UP TO 16 MHZ(CONTINUED)

22

MSP430G2XX SERIES UP TO 16 MHZ(CONTINUED)

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MSP430G2452IN20

CARACTERSTICAS DEL DEL MSP430G2231

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Bajo rango de voltajes de 1.8V a3.6V

Ultra bajo consumo de energa Modo activo 220 uAa 1MHz, 2.2V Modo de Standby 0.4uA Modo de apagado (Retencin de

RAM) 0.1uA

Cuatro modos de ahorro de energa Despertado ultra rpido en menosde 1us

Arquitectura RISC, con un ciclo deinstruccin de 62.5ns

Modos de configuracin del Reloj Frecuencia interna de asta 16MHz

con una frecuencia sin calibrar Oscilador interno de baja frecuencia

(LF) cristal de 32kHz Fuente externa de reloj

Temporizador A de 16 bits con 2registros de comparacin y captura

Interfaz Universal Serial (USI) quesoporta SPI e I2C

Detector de Brownout Convertidor ADC de 10 bits a 200ksps

con referencia interna, sample-and-Hold y autoescan

Programacin serial en tarjeta, norequiere voltaje de alimentacin parala programacin, proteccin del cdigo

Emulacin en circuito con interfazSpy-Bi-Wire


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ARQUITECTURA DEL MSP430G2231

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MSP430G2231

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TERMINALES MSP430G2231

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TERMINALES MSP430G2231

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ESPACIO DE MEMORIA

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El MSP430 utilizauna arquitectura tipovon-Newmannquetiene un espacio de

memoria compartido entre registros defunciones especiales(SFRs), perifricos,RAM y memoriaFlash/ROM

Puede direccionarhasta 128kB

REGISTROS ESPECIALES

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El CPU esta integrado por 16registros especiales. El tiempode ejecucin entre ellos es de 1ciclo de reloj

Los 4 registros R0 a R3 sondedicados como contadores deprograma, apuntador de stack,

registro de estatus y generadorde constantes Los registros restantes de R4 a

R15 son de propsito general Los perifricos se conectan al

CPU usando los buses dedirecciones y de datos

El conjunto de instruc ciones esde 51, con tres formatos, 7modos de direccionamiento.Cada instruccin puede operaren formato de palabra o byte


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MEMORIA

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El inicio de direcciones de lamemoria Flash/ROMdepende de la cantidad de

memoria del dispositivo. Elfin es 0x1FFFF la memoria Flash puede ser

usada para mantener dadoso programa ya que sepueden almacenar tablassin necesidad de copiarlas aRAM

El vector de interrupcioneses mapeada in las 16palabras superiores delespacio de direccionesflash/ROM. La de mayorprioridad es la que seencuentra en 0X1FFFF

La memoria RAM inicia en0x02000. La direccin finaldepende de la cantidad dememoria que disponga eldispositivo

Los perifricos estnmapeados en espacio dedirecciones. El rango es de0x0100 a 0x01FF. Estosmdulos deben se accedidoscon instrucciones depalabras, solo el byte bajocontiene informacin valida

Los bytes son localizados endirecciones pares e impares.El byte bajo se almacena enla direccin par y el alto enla impar

REGISTROS PC

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El CPU posee un conjuntode 16 registros los cualesson:

El contador de programa PC El Stack Pointer

PROGRAM COUNTER (PC)

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El contador de programa (Program Counter PC) registros(PC/R0), apunta a la siguiente instruccin a ejecutar

Cada instruccin usa un nmero par de bytes y de estaforma se incrementa

Formato de direccionamiento:

MOV #LABEL,PC ; Branch to address LABEL

MOV LABEL,PC ; Branch to address contained in LABEL

MOV @R14,PC ; Branch indirect to address in R14

STACKPOINTER (SP)

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El estack pointer (SP/R1) es usado por elCPU para almacenar la direccin de retornode una llamada a subrutina e interrupciones

Se puede usar con todas las instrucciones ymodos de direccionamiento

El SP es inicializado por el usuario desde laRAM y se alinea a direcciones pares

STACKPOINTER (SP)

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MOV.W 2(SP),R6 ; Copy Item I2 to R6

MOV.W R7,0(SP) ; Overwrite TOS with R7

PUSH #0123h ; Put 0123h on stack

POP R8 ; R8 = 0123h

REGISTRO DE ESTATUS

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El registro de estatus(SR/R2) es de 16 bits yes usado como fuenteo destino

Puede ser usado comomodo dedireccionamiento deregistro coninstrucciones enformato de palabra


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REGISTRO DE ESTATUS

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REGISTRO DE ESTATUS R2: Status Register (SR):

Stores status and control bits; System flags are changed automatically by the CPU;

Reserved bits are used to support the constant generator.

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15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Reserved for CG1 V SCG1 SCG0 OSCOFF CPUOFF GIE N Z C

Bit Description

8 V Overflow bit. V = 1 Result of an ari thmetic operation overflows the signed-variable range.

7 SCG1 System clockgenerator 0. SCG1= 1 DCOgeneratoris turnedoff ifnot usedforMCLKorSMCLK

6 SCG0 System clockgenerator 1. SCG0= 1 FLL+loop control is turned off

5 OSCOFF OscillatorOff. OSCOFF = 1 turnsoff LFXT1whenit isnot used forMCLK orSMCLK

4 CPUOFF CPUoff. CPUOFF = 1 disableCPUcore.

3 GIE General interrupt enable. GIE = 1 enables maskable interrupts.

2 N Negative flag. N = 1 result of a byte or word operation is negative.

1 Z Zero flag. Z = 1 result of a byte or word operation is 0.

0 C Carry flag. C = 1 result of a byte or word operation produced a carry.

CONSTANT GENERATOR REGISTERS

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Los registros generadores deconstantes CG1 y CG2

Son constantes quepermiten expandir losmodos de operacin (de 27mas 24 adicionales)

Sus principales ventajasson: No requiere instrucciones

especiales No requiere palabras de

cdigo para las 6 constantes No requiere acceso a memoria

para tomar el dato

La instruccin: CLR dst

Es emulado por el operador MOV R3,dst

Donde #0 es remplazado porelesamblador, y R3 esusado conAs=00.

La instruccin INC dst

Es reemplazado por: ADD 0(R3),dst

REGISTROS DE PROPSITO GENERAL

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Los 12 regsitros de R4 aR15 pueden contenerdatos de 8 bits, 16 bits o20 bits

Cualquier dato de byteescrito al CPU limpialos bits 19:8

Cualquier dato depalabra limpia los bits19:16

La instruccin SXTextiende el signo atravs de los 20 bits del

registro

MODOS DE DIRECCIONAMIENTO

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Las instrucciones delprograma le dicen alprocesador que hacer, dondeencontrar la informacin

El direccionamiento esnecesario para dirigir alprocesador la localizacincorrecta

Los modos dedireccionamiento son lamaneras en las cuales lasinstrucciones indican ladirecciones

Son 7 los modos dedireccionamiento para eloperando fuente y 4 para eloperando destino

En la tabla se muestran losmodos donde As es el registro

fuente y Ad el destino Los 7 modos son:

Modo Registro Modo Indexado Modo simblico Modo absoluto Modo indirecto Modo autoincremental

indirecto Modo inmediato

MODOS DE DIRECCIONAMIENTO

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MODO REGISTRO

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MODO INDEXADO

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MODO INDEXADO

45

MODO SIMBLICO

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MODO SIMBLICO

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MODO ABSOLUTO

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MODO ABSOLUTO

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MODO INDIRECTO

50

MODO INDIRECTO

51

MODO AUTO INCREMENTAL INDIRECTO

52

MODO AUTO INCREMENTAL INDIRECTO

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MODO INMEDIATO

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MODO INMEDIATO

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EL CONJUNTO DE INSTRUCCIONES

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Son 27 el conjunto deinstrucciones del

MSP430 Las 24 instrucciones

emuladas expanden lascapacidades del CPU, sereemplazanautomticamentecuando se compila

Son 3 los formatos de lasinstrucciones Operando dual Un solo operando Salto

Las instruccionespueden ser en formato

de byte o palabra (.B o.W) En byte se usa para

tomar los datos de losperifricos

Las instrucciones depalabra se usan paratomar datos con esteformato, es laconfiguracin pordefault

FORMATO DE LAS INSTRUCCIONES

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Las instrucciones de fuente y destino usan lossiguientes campos

Src La fuente del operador defindopor As y S-reg

dst El operando destino definido por Ad y D-reg

As Los bits direccionados responsables del modo de

direccionamiento usado (src)

S-reg El registro de trabajo usado por la fuente (src)

AD Los bits de direccionamiento responsables por el

modo de direccionamiento usado por el destino(dst)

D-reg El registro de trabajo usado por el destino (dst)

B/W operacin de Byte o palabra: 0: Operando de palabra 1: operador de byte

FORMATO DE INSTRUCCIN DOBLE

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FORMATO DE INSTRUCCIN SIMPLE

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FORMATO DE INSTRUCCIN DE SALTO

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INSTRUCCIONES EMULADAS

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REFERENCIAS

[1] MSP430TM Ultra-Low-Power Microcontrollers; TexasInstruments; N/S slab034v

[2] MSP430x2xx Family, Texas instruments, N/P slau144e

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REGISTROS DE PROPSITO GENERAL R4AR15

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Los 12 registros de R4 aR15 pueden contenerdatos de 8 bits, 16 bits o20 bits

Cualquier dato de byteescrito al CPU limpialos bits 19:8

Cualquier dato depalabra limpia los bits19:16

La instruccin SXTextiende el signo atravs de los 20 bits delregistro 66


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GENERADOR DE RELOJ

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El MSP430 tiene construido unoscilador que usa un cristalexterno comnmente de

32.768kHz, pero usando un cristalde alta frecuencia puede generarfrecuencias de 1MHZ a 8MHZ

El sistema de tiene tres mdulos Con cristal externo de 32.768kHz Oscilador interno de muy baja

frecuencia (LF) Oscilador digitalmente controlado

(DCO) El DCO se estabiliza en menos de

1us. ste proporciona 3 salidas: Reloj auxiliar (ACLK) de 32768Hz

del cristal externo o el oscilador LF Reloj principal (MCLK) usado por

el CPU Reloj sub principal (SMCLK) usado

por los perifricos

CONFIGURACIN BSICA DEL RELOJ

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El reloj es configurado conlos registros: DCOCTL (Digitally

ControlledOscilator ControlRegister) BCSCTL1 y BCSCTL1 (Basic

ClockSystem ControlRegisters)

En el registro DCOCTL sedivide en 2 partes: DCOx (bits 7 a 5) Selecciona

la frecuencia del DCOdefinidos en el registroRSELx

MODx (bits 4 a 0) Define quetan seguido se usa lafrecuencia fDCO+1 que puedeser usada como periodo de 32DCOCLK ciclos, no se usacuando DCOx=7

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WATCHDOG TIMER

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El registro deWatchdog timer escontrolado por elregistro WDTCTL y

se divide en 8secciones


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TIMER

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EJEMPLO 1 EN ENSAMBLADOR

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;*******************************************************************************

.cdeclsC,LIST,"msp430 g2231.h" ; Includedevice headerfile

;-------------------------------------------------------------------------------

.text ; Progam Start

;-------------------------------------------------------------------------------

RESET mov.w #280h,SP ; Initialize 'x1121stackpointer

StopWDT mov.w #WDTPW+WDTHOLD,&WDTCTL ; Stop WDT

SetupP1 bis.b #001h,&P1DIR ; P1.0 output

push#0001

;

Mainloop xor.b #001h,&P1OUT ; Toggle P1.0

Wait mov.w #050000,R15 ; DelaytoR15

L1 dec.w R15 ; DecrementR15

jnz L1 ; Delayover?

jmp Mainloop ; Again

;

;-------------------------------------------------------------------------------

; InterruptVe ctors

;-------------------------------------------------------------------------------

.sect ".reset" ; MSP430 RESET Vector

.short RESET ;

.end

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