2021年06月28日 | MSP430单片机系统复位和初始化

简介：
本章我们来学习一下MSP430单片机的系统复位与初始化的过程。
这节课的主要内容有：
·系统复位POR与PUC
·POR产生过程
·复位后，系统初始状态
·程序中如何复位
·硬件中如何设计

1,系统复位 POR与PUC

1.1 MSP430单片机复位逻辑图

可以看到，它在复位时会产生两个信号，一个是POR信号，一个是PUC信号。

POR信号叫做power-on reset。PUC信号叫做power-up clear。翻译成中文就是：POR为上电复位信号，PUC为上电清除信号。这两个信号都可以导致MSP430单片机发生复位中断。但是他们之间的级别是不一样的。

1.2 POR信号来源

POR信号的复位级别更高一些，POR信号主要来自于硬件：

※芯片上电；

※RST/NMI设置成复位模式，并在RST/NMI引脚上出现低电平信号；

※超级电压监视电路发现电压不稳。

1.3 PUC信号来源

POR信号的产生总会产生PUC信号，但PUC信号的发生不一定会产生POR信号。PUC信号是上电清除信号，产生PUC信号的情况有：

※发生POR信号；

※处于看门狗模式下，看门狗定时时间到；

※看门狗定时器写入错误的安全键值；

※FLASH存储器写入错误的安全键值；

※CPU从外设地址范围0H-01FF取数据。

2 POR产生过程（BOR）

2.1 POR信号产生过程图

我们现在看到的这张图是POR信号的产生过程图。

如果这里是一个供电电压的话，在上电初期，刚开始供电的时候，电压是很不稳的，电压就有可能发生来回的跳变，电源还会产生很多的毛刺，这时候就需要POR信号来时刻监视电源电压，一旦电源电压低于可编程的有效阈值的时候，就应该产生一个上电复位，保证单片机从一个确定的起始位置开始运行程序。

如果在单片机上电的时候，没有一个监视电压的波动情况的过程，那么如果单片机在这个位置开始从Flash读取程序代码，开始执行的话，跑程序时突然来了一个电压的下降（比如这个位置），这时候如果没有一个有效的复位信号，那么可能导致单片机的内核陷入一个无效的状态，或者说让它的内部发生自锁，进入一个不确定的状态，这时候系统就变得很不稳定了，所以需要在上电初期产生一个有效的复位信号，保证系统是在一个确定的位置，按照确定的方式开始执行的。

2.2 掉电产生POR

我们来看一下这张图，掉电复位电路BOR会在芯片上电或掉电的过程中监测电源电压，并产生POR信号。芯片上电过程中，当电源电压VCC超过VCC（start）后，BOR电路产生POR信号，直到Vcc超过V（B_IT+），然后再经过延时t（BOR）后，POR信号撤销。如果VCC电压上升速率较慢，t（BOR）会相应延长。芯片掉电过程中，VCC必须降到低于V（B_IT-）之后，BOR电路才产生POR信号。这是个迟滞比较的功能，V（B_IT+）和V（B_IT-）差值即为迟滞电压Vhys（B_IT-），通过迟滞比较避免错误产生POR信号。VCC（start），Vhys（B_IT-），V（B_IT-）和t（BOR）的值，就如这张表所示。

3 复位后,系统初始化状态

3.1 系统复位后的系统状态

系统复位POR后的单片机系统状态为：

※RST/NMI引脚为复位功能；

※I/O方向寄存器复位，即I/O引脚为输入状态；

※MSP430内部的功能模块初始化，寄存器为默认值；

※SR（状态寄存器）复位；

※看门狗激活

※PC(程序计数器)载入0xFFFE处地址并开始执行。

3.2 上电复位后的硬件初始化

发生复位后，程序查询各复位源的标志。程序能确定复位源，以执行适当的复位操作。

MSP430在发生VCC上电后开始硬件初始化，即：

※全部I/O引脚切换成输入状态；

※I/O标志复位，细节见个外围模块的说明。

※将复位向量0FFFEh中包含的地址加载入PC中。CPU从上电清除（PUC）向量中包含的地址开始运行。

※状态寄存器（SR）复位。

※用户程序必须对除PC与SR外的全部寄存器进行初始化（如SP、RAM等）。

※决定工作频率的系统时钟从DCO 最低频率开始工作。启动晶振时钟后，频率调整到目标值。

3.3 RST /NMI复位功能复位后执行顺序

RST/NMI引脚在加载电压Vcc后设置成复位功能。引脚的复位功能一直保持到不选此功能为止。处于复位功能状态下，在RST/NMI引脚上拉低至GND，然后释放，则MSP430按以下顺序开始工作。

※将在复位向量0FFFEh中包含的地址加载入PC。

※在释放RST/NMI引脚后，CPU从复位向量中所含的地址开始运行。

※状态寄存器SR复位。

※除PC与SR外，用户程序对全部寄存器进行初始化（如SP、RAM等）。

※对外围模块中的寄存器进行处理。

※决定工作频率的系统时钟从DCO的最低频率开始工作。启动晶振时钟后，频率调整到目标值。

4 程序中如何复位

4.1软件初始化

在系统复位以后，用户就要进行软件初始化，用户软件必须根据应用的需求对MSP430进行初始化，它包括以下几个部分：

1、初始化SP，通常是RAM的顶部，也就是初始化堆栈指针，让它指向RAM的顶端。MSP430的RAM的堆栈是向下生长的。也就是最开始的时候堆栈指针是指向一个搞地址，然后随着用户不断的压栈，往里面存入数据的时候，SP的地址是往下减小的。

2、初始化看门狗定时器，也就是讲看门狗放入到一个根据系统需要的一个确定的状态，是使用它还是关闭它。即使使用看门狗的时候，看门狗定时的时间间隔是可以用户编程的。

3、配置外围模块，也就是配置一些外设资源。

4.2程序初始化

我们来看主函数，首先我们看到的是关闭看门狗程序，在这里，我需要说明一下，在MSP430单片机中，看门狗默认是开的，所以在初始化时我们需要关闭看门狗，当我们需要看门狗的时候再打开看门狗定时器。

第2行代码显示的是时钟（系统）初始化程序，其他的外围模块都是沿着时钟这个核心来执行的。所以我们有必要在开始的进行时钟初始化，具体的时钟初始化过程，我们会在后面的振荡器与系统时钟这一课详细讲解。

下面一行我们看到的是端口的初始化程序。在这里说下，给芯片上电时，我们大家都知道，芯片内部是有一个复位的，复位后，各个端口有一个固定的状态，但是在端口初始化的时候，我们可以根据我们的需要来设定端口的初始化。

然后，就是我们的外设资源的初始化了，我们在我们的系统中，需要用到什么外设资源，那么我们就需要对什么进行初始化，当然，我们也可以将时钟初始化改成系统初始化，然后将我们需要的外设资源初始化，放到里面，一起进行初始化。这个方法，在我们编写大的软件时，进行模块化编程的时候很受用。

到这里，我们的软件初始化就完成了。

5 硬件中如何设计

5.1 复位电路的设计

复位电路是单片机系统中不可缺少的部分，其好坏影响整个单片机应用系统的可靠性。同时，复位电路非常容易受到外部噪声的干扰。因此，复位电路的设计首先要保证整个应用系统的可靠性，其次是具有抗干扰能力。

复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后，还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。

图中的电路图，就是我们畅学电子MSP430核心板的复位电路，该电路图可靠性高，抗干扰能力强，具有非常广泛的应用。

5.2 掉电产生POR

为提高系统设计的可靠性，也可以采用专用集成电路提供复位。这张图便是采用专用集成电路的原理图。

这种集成电路一般除了能够提供上电复位信号，还可以提供按键手动复位和定时自动复位信号。由于MSP430系列单片机都有片内看门狗定时器能够实现看门狗功能，因此MSP430系列单片机只需要提供上电复位和按键手动复位即可。