PDF de programación - Organización interna de los microcontroladores

ORGANIZACIÓN
INTERNA DE LOS
MICROCONTROLADO
RES

Microcontroladores

1

F. Hugo Ramírez Leyva
Octubre 2012

MICRCONTROLADOR (MCU) MSP430
 El MCU MSP430 son

fabricados por Texas
Instruments (TI)

 CPU de 16 bits
 Tienen un bajo consumo

de energía

 Existen modelos con:
 Velocidad del CPU de

8MHz a 25 MHz

 Memoria flash de 0.5kB

a 256kB

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

 Página del micro:

www.ti.com/msp430

RECURSOS DEL MICROCONTROLADOR
MSP430

 USB
 Radio Frecuencia (RF)
 Manejador de

despegadores de cristal
líquido (LCD)

 Convertidores ADC

sigman delta

 Moduladores de ancho

de pulso (PWM)

 Comparadores
 Comunicaciones seriales

(I2C, LIN/IrDA, UART)

 Teclado Capacitivo

3

5

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PROCESADORES DE TEXAS INSTRUMENTS

FAMILIA DE MICROCONTROLADORES
MSP430

FAMILIA DE MICROCONTROLADORES
MSP430

 El MSP430 tiene una

arquitectura RISC

 Su CPU es de 16 bits y la

lectura la realiza en un ciclo

 27 instrucciones
 Los kits de desarrollo inician

en $4.30 dls

 Ambientes de desarrollo

Code Composer Studio
(CCS), IDE, IAR Embeded
Workbench

 Tiene soporte para Linux

2

4

6

1

USOS DEL MSP430

 Mediciones:

 www.ti.com/430metering

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

 Data Logging:

 www.ti.com/fram

APLICACIONES DEL MSP430

 Energy Harvesting:

www.ti.com/energyharves
ting

 Control de Motores:

www.ti.com/motorcontrol

 Seguridad:

www.ti.com/430security

DRIVER DE LIBRERÍAS DEL MSP430
 Facilidad de uso en el

llamado a periféricos

 Incluyen convertidores,

temporizadores,
comunicaciones seriales y
mas

 Se tienen soporte para las

familias MSP430F5xx y
F6xx

 Documentación completa

con un API gráfica

 Marca y código libre
 Se tiene un api (GRACE)

par la configuración de
periféricos

7

9

11

APLICACIONES DEL MSP430

 Comunicaciones

inalámbricas:
 www.ti.com/cc430

 Teclados capacitivos:

 www.ti.com/capacitivetouch

 Salud personal y fitness:

 www.ti.com/chronos

HERRAMIENTAS DE DESARROLLO

 TI suministra un

conjunto de
herramientas para
hacer desarrollos
en el MSP430Ware
 La página donde se

encuentra
información es:
www.ti.com/msp43
0ware

GRACE

 Grace permite generar rápidamente y

documentar programas en C

 Facilita la configuración de los perifericos

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8

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HERRAMIENTAS DE SOFTWARE

EL MSP-EXP430G2 LAUNCHPAD
 El MSP-EXP430G2

LaunchPad development kit
suministra todo el hardware
y software necesario para
inciar

 Soporta toda la líne de

MCUs MSP430G2xx
www.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 rápido

 2x 10-pin male and female

headers

 Trae 2 MSP430 MCUs

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HERRAMIENTAS DE DESARROLLO EZ430

TARJETAS DE DESARROLLO

 Los kits eZ430 permite probar otros módulos del
MSP430 en un empaque como una memoria USB

 Los precios varia desde 10 dlls hasta 199dlls

TARJETAS DE DESARROLLO

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TARJETAS DE DESARROLLO

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PROGRAMA UNIVERSITARIO

EMPAQUES

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MSP430G2XX SERIES – UP TO 16 MHZ

MSP430G2XX SERIES – UP TO 16 MHZ
(CONTINUED)

MSP430G2452IN20

MSP430G2XX SERIES – UP TO 16 MHZ
(CONTINUED)

CARACTERÍSTICAS DEL DEL MSP430G2231

 Bajo rango de voltajes de 1.8V a

3.6V

 Ultra bajo consumo de energía

 Modo activo 220 uA a 1MHz, 2.2V
 Modo de Standby 0.4uA
 Modo de apagado (Retención de

RAM) 0.1uA

 Cuatro modos de ahorro de energía
 Despertado ultra ràpido en menos

de 1us

 Arquitectura RISC, con un ciclo de

instrucción de 62.5ns

 Modos de configuración del Reloj

 Frecuencia interna de asta 16MHz

con una frecuencia sin calibrar

 Temporizador A de 16 bits con 2

registros de comparación y captura
 Interfaz Universal Serial (USI) que

soporta SPI e I2C

 Detector de Brownout
 Convertidor ADC de 10 bits a 200ksps

con referencia interna, sample-and-
Hold y autoescan

 Programación serial en tarjeta, no

requiere voltaje de alimentación para
la programación, protección del código

 Emulación en circuito con interfaz

Spy-Bi-Wire

 Oscilador interno de baja frecuencia

(LF)
cristal de 32kHz


 Fuente externa de reloj

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4

ARQUITECTURA DEL MSP430G2231

MSP430G2231

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29

TERMINALES MSP430G2231

ESPACIO DE MEMORIA

 El MSP430 utiliza

una arquitectura tipo
von-Newmann que
tiene un espacio de
memoria compartido

 entre registros de

funciones especiales
(SFRs), periféricos,
RAM y memoria
Flash/ROM

 Puede direccionar

hasta 128kB

TERMINALES MSP430G2231

REGISTROS ESPECIALES

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

 Los 4 registros R0 a R3 son

dedicados como contadores de
programa, apuntador de stack,
registro de estatus y generador
de constantes

 Los registros restantes de R4 a

R15 son de propósito general
 Los periféricos se conectan al

CPU usando los buses de
direcciones y de datos

 El conjunto de instrucciones es

de 51, con tres formatos, 7
modos de direccionamiento.
Cada instrucción puede operar
en formato de palabra o byte

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MEMORIA
 El inicio de direcciones de la

memoria Flash/ROM
depende de la cantidad de
memoria del dispositivo. El
fin es 0x1FFFF

 la memoria Flash puede ser
usada para mantener dados
o programa ya que se
pueden almacenar tablas
sin necesidad de copiarlas a
RAM

 El vector de interrupciones

es mapeada in las 16
palabras superiores del
espacio de direcciones
flash/ROM. La de mayor
prioridad es la que se
encuentra en 0X1FFFF

 La memoria RAM inicia en
0x02000. La dirección final
depende de la cantidad de
memoria que disponga el
dispositivo

 Los periféricos están

mapeados en espacio de
direcciones. El rango es de
0x0100 a 0x01FF. Estos
módulos deben se accedidos
con instrucciones de
palabras, solo el byte bajo
contiene información valida
 Los bytes son localizados en
direcciones pares e impares.
El byte bajo se almacena en
la dirección par y el alto en
la impar

PROGRAM COUNTER (PC)

 El contador de programa (Program Counter PC) registros

(PC/R0), apunta a la siguiente instrucción a ejecutar

 Cada instrucción usa un número par de bytes y de esta

forma 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

STACK POINTER (SP)

 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

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33

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REGISTROS PC

 El CPU posee un conjunto
de 16 registros los cuales
son:

 El contador de programa PC
 El Stack Pointer

STACK POINTER (SP)

 El estack pointer (SP/R1) es usado por el

CPU para almacenar la dirección de retorno
de una llamada a subrutina e interrupciones
 Se puede usar con todas las instrucciones y

modos de direccionamiento

 El SP es inicializado por el usuario desde la

RAM y se alinea a direcciones pares

REGISTRO DE ESTATUS

 El registro de estatus
(SR/R2) es de 16 bits y
es usado como fuente
o destino

 Puede ser usado como

modo de
direccionamiento de
registro con
instrucciones en
formato de palabra

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REGISTRO DE ESTATUS

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.

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

Reserved for CG1

V

SCG1

SCG0

OSCOFF

CPUOFF

GIE

N

1

Z

0

C

Bit

Description

CONSTANT GENERATOR REGISTERS

 Los registros generadores de

constantes CG1 y CG2

 Son constantes que

permiten expandir los
modos de operación (de 27
mas 24 adicionales)

 Sus principales ventajas

son:
 No requiere instrucciones

especiales

 No requiere palabras de

código para las 6 constantes

 No requiere acceso a memoria

para tomar el dato

 La instrucción:

 CLR dst
 Es emulado por el operador
 MOV R3,dst
 Donde #0 es remplazado por el
esamblador, y R3 es usado con
As=00.

 La instrucción

 INC dst
 Es reemplazado por:
 ADD 0(R3),dst

MODOS DE DIRECCIONAMIENTO
 Las instrucciones del
programa le dicen al
procesador que hacer, donde
encontrar la información

 Son 7 los modos de

direccionamiento para el
operando fuente y 4 para el
operando destino

 El direccionamiento es

necesario para dirigir al
procesador la localización
correcta

 Los modos de

direccionamiento son la
maneras en las cuales las
instrucciones indican la
direcciones

 En la tabla se muestran los

modos donde As es el registro
fuente y Ad el destino

 Los 7 modos son:
 Modo Registro
 Modo Indexado
 Modo simbólico
 Modo absoluto
 Modo indirecto
 Modo autoincremental

indirecto

 Modo inmediato

8

7

6

5

4

3

2

1

0

37

39

41

V

SCG1

SCG0

Overflow bit. V = 1 ⇒ Result of an arithmetic operation overflows the signed-variable range.

System clock generator 0. SCG1 = 1 ⇒ DCO generator is turned off – if not used for MCLK or SMCLK

System clock generator 1. SCG0 = 1 ⇒ FLL+ loop control is turned off

OSCOFF

Oscillator Off. OSCOFF = 1 ⇒ turns off LFXT1 when it is not used for MCLK or SMCLK

CPUOFF

CPU off. CPUOFF = 1 ⇒ disable CPU core.

GIE

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

N

Z

C

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

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

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

REGISTROS DE PROPÓSITO GENERAL

 Los 12 regsitros de R4 a

R15 pueden contener
datos de 8 bits, 16 bits o
20 bits

 Cualquier dato de byte

escrito al CPU limpia
los bits 19:8

 Cualquier