Mikrocontrollertechnik

Vorwort

Inhalt

1 Ein-Bit-Rechner

1.1 Rechenwerk

1.1.1 Register und Takt

1.1.2 Zwischenspeicher

1.1.3 Native und emulierte Datenmanipulationsbefehle

1.2 Steuerwerk

1.2.1 Programmsteuerbefehle

1.2.2 Befehlsliste

1.3 Programmspeicher

1.4 Befehlszähler

1.5 Zusammenfassung

2 Mikrorechentechnik-Grundlagen

2.1 Codes

2.1.1 ASCII-Code

2.1.2 BCD-Code

2.2 Darstellung von Zahlen in Mikrorechnern

2.2.1 Binäres Zahlensystem

2.2.1.1 Vorzeichenlose ganze Zahlen

2.2.1.2 Vorzeichenlose gebrochene Zahlen, Festkommazahlen

2.2.1.3 Vorzeichenbehaftete ganze Zahlen

2.2.2 Informationsgehalt eines Bytes

2.2.3 Hexadezimales Zahlensystem

2.2.4 Zahlendarstellung in 16-Bit-Systemen

2.3 Statusbits

2.3.1 Z-Flag

2.3.2 N-Flag

2.3.3 C-Flag

2.3.4 V-Flag

2.4 Rechnerarchitekturen

3 Das Mikrocontrollersystem –

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3.1 Die Mikrocontrollereinheit (MCU) – ein Überblick

3.1.1 Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU)

3.1.2 Speicherarchitektur

3.1.3 Adressbereichsaufteilung (Memory Map)

3.1.4 Peripherie

3.1.5 Oszillator und Systemsicherheit

3.1.6 Adressbereich, Speicher und Inhalte

3.2 Die CPU der MSP430-Mikrocontroller-Familie

3.2.1 Register

3.2.2 Adressierungsarten

3.2.3 Befehle

4 Programmierung und Implementierung

4.1 Vorbereitungen zur Softwareentwicklung

4.2 Programmentwicklung

4.3 Preprozessor-Anweisungen

4.4 Das erste eigene Programm

4.5 Programmiertechniken

4.5.1 Unterprogrammtechnik

4.5.2 Interrupttechnik

4.5.2.1 Polling oder Interrupt

4.5.2.2 Funktionsgruppen im Interruptprozess

4.5.2.3 Interruptvektortabelle

4.5.2.4 Interruptquellen und Interruptlogik

4.5.2.5 Interruptpriorität

4.5.2.6 Interruptmaskierung

4.5.2.7 Interruptprozess

4.5.2.8 Verschachtelung und Reaktionszeit

4.5.2.9 Interruptprogrammstruktur

5 Hardwaremodule des Mikrocontrollers MSP430F2274

5.1 System Reset und Initialisierung

5.1.1 Die Signale POR und PUC

5.1.2 Der Initialisierungsstatus

5.2 Basic-Clock-Modul

5.2.1 DCO

5.2.2 Quarzoszillator

5.2.3 Taktsignale des Basic-Clock-Moduls

5.2.4 Low-Power Modi

5.2.5 Taktfehlererkennung

5.2.6 Register des Basic-Clock-Moduls

5.3 Watchdog-Timer

5.4 Die parallelen Schnittstellen

5.4.1 Überblick zu den parallelen Ports

5.4.1.1 Datenrichtung

5.4.1.2 Daten ausgeben

5.4.1.3 Signalzustände einlesen

5.4.1.4 Arbeiten mit gemischten Eingabe-Ausgabe-Ports

5.4.1.5 Pull-up und pull-down Widerstände

5.4.2 Die Interruptmöglichkeiten der parallelen Ports 1 und 2

5.4.3 Alternative Verwendung der Portpins

5.4.4 Einschaltzustand

5.4.5 Die Register der parallelen Ports

5.4.6 Ströme und Spannungen an den Portpins

5.4.7 Programmbeispiele

5.4.7.1 Parallelport ausgeben

5.4.7.2 Parallelport einlesen

5.4.7.3 LC-Display-Ansteuerung

5.5 Timer_A und Timer_B

5.5.1 Einführung am Beispiel Timer_A

5.5.2 16-Bit-Timer

5.5.2.1 Taktquellenauswahl und Vorteiler

5.5.2.2 Das CLR-Bit im TACTL-Register

5.5.2.3 Mode-Auswahl

5.5.2.4 Timer starten

5.5.3 Die Capture/Compare-Einheit

5.5.3.1 Capture-Funktion

5.5.3.2 Compare-Funktion

5.5.4 Signalerzeugung

5.5.4.1 Konstante Zeitintervalle im Continuous Mode

5.5.4.2 Zeitintervalle im Up Mode

5.5.4.3 Zeitintervalle im Up/Down Mode

5.5.5 Output Unit

5.5.6 Anschlüsse der Timer_A-Peripheriebaugruppe

5.5.7 Verhältnis zwischen Zeitintervall und Zählerstand

5.5.8 Die Register der Timer_A-Baugruppe

5.5.9 Interrupt Handling Timer_A

5.5.10 Programmbeispiele

5.5.10.1 Signalerzeugung im Continuous Mode

5.5.10.2 PWM-Signalerzeugung im Up Mode

5.5.11 Timer_B

5.5.12 Interrupt Handling Timer_B

5.6 USCI

5.6.1 Das asynchrone Übertragungsverfahren

5.6.1.1 USART – asynchrone Betriebsart

5.6.1.1.1 Baud-Rate-Generator

5.6.1.1.2 Weitere Features im asynchronen Mode des USART

5.6.1.2 Die Register der USCI-Baugruppe

5.6.1.3 Programmbeispiel

5.6.2 Synchrone Übertragung

5.6.2.1 USCI – synchrone Betriebsart

5.6.2.2 Programmbeispiel

5.6.3 USCI_B-Modul

5.6.3.1 I2C-Bus

5.6.3.2 Aufbau der USCI_B-Einheit in I2C-Betriebsart

5.7 ADC10

5.7.1 Hardware und Funktion der ADC-Peripherieeinheit

5.7.2 ADC-Betriebsarten

5.7.3 Hinweise zum PCB-Design

5.7.4 ADC10-Register

5.7.5 Anschlusspin der ADC-Peripheriebaugruppe

5.7.6 ADC-Beispielprogramm

5.7.7 Der versteckte DMA-Controller

5.7.7.1 Die Register der DTC-Einheit

5.7.7.2 Programmbeispiel zur DTC-Einheit

5.8 Flash Memory

5.8.1 Lesen vom Flash Memory

5.8.2 Löschen des Flashspeichers

5.8.3 Beschreiben/Programmieren des Flashspeichers

5.8.4 Flash-Memory-Register

5.8.5 Programmbeispiele zum Flash Memory

5.8.5.1 Löschen eines Flashsegmentes mit Software außerhalb des Flashmoduls

5.8.5.2 Löschen eines Flashsegmentes mit Software innerhalb des Flashmoduls

5.8.5.3 Schreiben eines 16-Bit-Wertes in ein Flashsegment mit Software außerhalb des Flashmoduls

5.8.5.4 Schreiben eines 16-Bit-Wertes in ein Flashsegment mit Software innerhalb des Flashmoduls

6 Mikrocontroller-Programmieren in C

6.1 Hochsprache C

6.2 C-Programmbeispiele

6.2.1 Parallele Ports

6.2.1.1 Verwenden zweier Leuchtdioden am Port 1

6.2.1.2 Taster am Port 2

6.2.2 Timer_A

6.2.2.1 Timer_A–Erzeugen von Impulsfolgen

6.2.2.2 Timer_A–Erzeugen von PWM-Signalen

6.2.3 ADC10

6.2.4 USCI

6.2.4.1 USCI im Asynchron Mode

6.2.4.2 USCI im I2C-Mode

6.2.5 LCD

Anhang

Anhang A

A1 Übersicht des Entwicklungstools

A1.1 Hauptbestandteile der IAR-Embedded-Workbench

Anhang B

B1 Das Education System zum Buch

B1.1 Hardware

B1.1.1 Leuchtdioden

B1.1.2 Taster

B1.1.3 LC-Display

B1.1.4 Drehencoder 24/360

B1.1.5 Lautsprecher

B1.1.6 Serielle Schnittstelle RS-232

B1.1.7 Potentiometer

B1.1.8 Servomotoransteuerung

B1.1.9 I2C Schnittstelle/Diodenmatrix

Anhang C

C1 MSP430-Befehlsliste

C2 Befehle des MSP430

Anhang D

D1 Peripheral File Map

D2 Special Function-Register SFR (.byte access)

D3 Port-Register (.byte access)

D4 Basic Clock Modul+Register (.byte access)

D5 USCI_A0-Register (.byte access)

D6 USCI_B0-Register (.byte access)

D7 Operational amplifiers-Register

D8 Watchdog Timer+Register (.word access)

D9 Flash Memory-Register (.word access)

D10 Timer_B-Register (.word access)

D11 Timer_A-Register (.word access)

D12 ADC10-Register (.word and .byte access)

Anhang E

E1 Die Interruptvektortabelle

Anhang F

F1 ASCII-Code Tabelle eines LC-Displays

Abkürzungen

Literatur

Index