Sturm Mikrocontrollertechnik

Am Beispiel der MSP430-Familie
1. neu bearbeitete Auflage 2014
ISBN: 978-3-446-42964-2
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 312 Seiten

Die Mikrocontrollertechnik ist fast unbemerkt ein wesentlicher Begleiter unseres Alltags. Ob Handy, Haushaltsgerät oder Auto ? Mikrocontroller sind ein wichtiger Bestandteil. Dieses Lehrbuch führt in die Grundlagen der Mikrorechentechnik ein und beschreibt Aufbau, Funktion und Handhabung von Mikrocontrollern fundiert und detailliert. Der didaktische Aufbau des Buches ermöglicht dabei ein schrittweises Herantasten an die Thematik. In kleinen Schritten lernen Leser die Komponenten von Mikrocontrollern sowie deren Zusammenspiel kennen. Praxisnahe Beispiele und Anwendungen dienen der Vertiefung des Gelernten und helfen, eigene Mikrocontrollerapplikationen zu entwickeln und umzusetzen. Als Beispiel für den gesamten Prozess dient dabei der MSP430F2274, ein sehr moderner und leistungsfähiger Mikrocontroller.
Dieses Lehrbuch richtet sich an Studierende von Bachelorstudiengängen an Hochschulen und Universitäten, Schüler an Techniker- und Fachoberschulen sowie technisch Interessierte.
Für die 2. Auflage wurde das Buch komplett aktualisiert und an die erweiterten Peripheriebaugruppen des MSP430F2274 angepasst.
Aus dem Inhalt: Ein-Bit-Rechner; Mikrorechentechnik-Grundlagen; Das Mikrocontrollersystem; Programmierung und Implementierung; Hardwaremodule des Mikrocontrollers MSP430F2274;
Programmierung des Mikrocontrollers in C
Auf der Website www.msp430-buch.de finden Sie u.a. Software für das Praktikum Mikrocontrollertechnik: einen Link zur kostenfreien IAR-Entwicklungsumgebung für den MSP430 sowie alle im Buch vorgestellten Softwareprojekte in C und Assembler

Autoren/Hrsg.

Sturm, Matthias

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Elektronik | Nachrichtentechnik Elektronik Mikroprozessoren
• Technische Wissenschaften Technik Allgemein Mess- und Automatisierungstechnik
• Technische Wissenschaften Elektronik | Nachrichtentechnik Nachrichten- und Kommunikationstechnik Regelungstechnik

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;6
2;Inhalt;10
3;1 Ein-Bit-Rechner ;16
3.1;1.1 Rechenwerk ;16
3.1.1;1.1.1 Register und Takt ;17
3.1.2;1.1.2 Zwischenspeicher ;18
3.1.3;1.1.3 Native und emulierte Datenmanipulationsbefehle ;19
3.2;1.2 Steuerwerk ;21
3.2.1;1.2.1 Programmsteuerbefehle ;21
3.2.2;1.2.2 Befehlsliste ;23
3.3;1.3 Programmspeicher ;25
3.4;1.4 Befehlszähler ;27
3.5;1.5 Zusammenfassung;28
4;2 Mikrorechentechnik-Grundlagen;30
4.1;2.1 Codes;30
4.1.1;2.1.1 ASCII-Code ;30
4.1.2;2.1.2 BCD-Code ;30
4.2;2.2 Darstellung von Zahlen in Mikrorechnern;31
4.2.1;2.2.1 Binäres Zahlensystem ;31
4.2.1.1;2.2.1.1 Vorzeichenlose ganze Zahlen ;31
4.2.1.2;2.2.1.2 Vorzeichenlose gebrochene Zahlen, Festkommazahlen ;32
4.2.1.3;2.2.1.3 Vorzeichenbehaftete ganze Zahlen ;32
4.2.2;2.2.2 Informationsgehalt eines Bytes ;33
4.2.3;2.2.3 Hexadezimales Zahlensystem ;34
4.2.4;2.2.4 Zahlendarstellung in 16-Bit-Systemen ;34
4.3;2.3 Statusbits;36
4.3.1;2.3.1 Z-Flag ;36
4.3.2;2.3.2 N-Flag ;36
4.3.3;2.3.3 C-Flag ;37
4.3.4;2.3.4 V-Flag ;37
4.4;2.4 Rechnerarchitekturen;38
5;3 Das Mikrocontrollersystem –

ein Überblick am Beispiel MSP430F2274;41
5.1;3.1 Die Mikrocontrollereinheit (MCU) – ein Überblick;41
5.1.1;3.1.1 Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) ;42
5.1.2;3.1.2 Speicherarchitektur ;42
5.1.3;3.1.3 Adressbereichsaufteilung (Memory Map) ;42
5.1.4;3.1.4 Peripherie ;43
5.1.5;3.1.5 Oszillator und Systemsicherheit ;44
5.1.6;3.1.6 Adressbereich, Speicher und Inhalte ;44
5.2;3.2 Die CPU der MSP430-Mikrocontroller-Familie;48
5.2.1;3.2.1 Register ;48
5.2.2;3.2.2 Adressierungsarten ;52
5.2.3;3.2.3 Befehle ;62
6;4 Programmierung und Implementierung;68
6.1;4.1 Vorbereitungen zur Softwareentwicklung;68
6.2;4.2 Programmentwicklung;68
6.3;4.3 Preprozessor-Anweisungen;71
6.4;4.4 Das erste eigene Programm ;73
6.5;4.5 Programmiertechniken;81
6.5.1;4.5.1 Unterprogrammtechnik ;81
6.5.2;4.5.2 Interrupttechnik ;85
6.5.2.1;4.5.2.1 Polling oder Interrupt ;86
6.5.2.2;4.5.2.2 Funktionsgruppen im Interruptprozess ;86
6.5.2.3;4.5.2.3 Interruptvektortabelle ;87
6.5.2.4;4.5.2.4 Interruptquellen und Interruptlogik ;88
6.5.2.5;4.5.2.5 Interruptpriorität ;88
6.5.2.6;4.5.2.6 Interruptmaskierung ;88
6.5.2.7;4.5.2.7 Interruptprozess ;88
6.5.2.8;4.5.2.8 Verschachtelung und Reaktionszeit ;90
6.5.2.9;4.5.2.9 Interruptprogrammstruktur ;90
7;5 Hardwaremodule des Mikrocontrollers MSP430F2274;92
7.1;5.1 System Reset und Initialisierung;92
7.1.1;5.1.1 Die Signale POR und PUC;92
7.1.2;5.1.2 Der Initialisierungsstatus;92
7.2;5.2 Basic-Clock-Modul;93
7.2.1;5.2.1 DCO;94
7.2.2;5.2.2 Quarzoszillator;97
7.2.3;5.2.3 Taktsignale des Basic-Clock-Moduls;97
7.2.4;5.2.4 Low-Power Modi;98
7.2.5;5.2.5 Taktfehlererkennung;99
7.2.6;5.2.6 Register des Basic-Clock-Moduls;99
7.3;5.3 Watchdog-Timer;100
7.4;5.4 Die parallelen Schnittstellen;103
7.4.1;5.4.1 Überblick zu den parallelen Ports;103
7.4.1.1;5.4.1.1 Datenrichtung;103
7.4.1.2;5.4.1.2 Daten ausgeben;105
7.4.1.3;5.4.1.3 Signalzustände einlesen;105
7.4.1.4;5.4.1.4 Arbeiten mit gemischten Eingabe-Ausgabe-Ports;105
7.4.1.5;5.4.1.5 Pull-up und pull-down Widerstände;106
7.4.2;5.4.2 Die Interruptmöglichkeiten der parallelen Ports 1 und 2;106
7.4.3;5.4.3 Alternative Verwendung der Portpins;108
7.4.4;5.4.4 Einschaltzustand;108
7.4.5;5.4.5 Die Register der parallelen Ports;109
7.4.6;5.4.6 Ströme und Spannungen an den Portpins;109
7.4.7;5.4.7 Programmbeispiele;110
7.4.7.1;5.4.7.1 Parallelport ausgeben;110
7.4.7.2;5.4.7.2 Parallelport einlesen;113
7.4.7.3;5.4.7.3 LC-Display-Ansteuerung;115
7.5;5.5 Timer_A und Timer_B;125
7.5.1;5.5.1 Einführung am Beispiel Timer_A;125
7.5.2;5.5.2 16-Bit-Timer;126
7.5.2.1;5.5.2.1 Taktquellenauswahl und Vorteiler;127
7.5.2.2;5.5.2.2 Das CLR-Bit im TACTL-Register;127
7.5.2.3;5.5.2.3 Mode-Auswahl;127
7.5.2.4;5.5.2.4 Timer starten;130
7.5.3;5.5.3 Die Capture/Compare-Einheit;130
7.5.3.1;5.5.3.1 Capture-Funktion;131
7.5.3.2;5.5.3.2 Compare-Funktion;133
7.5.4;5.5.4 Signalerzeugung;133
7.5.4.1;5.5.4.1 Konstante Zeitintervalle im Continuous Mode;133
7.5.4.2;5.5.4.2 Zeitintervalle im Up Mode;133
7.5.4.3;5.5.4.3 Zeitintervalle im Up/Down Mode;134
7.5.5;5.5.5 Output Unit;135
7.5.6;5.5.6 Anschlüsse der Timer_A-Peripheriebaugruppe;135
7.5.7;5.5.7 Verhältnis zwischen Zeitintervall und Zählerstand;139
7.5.8;5.5.8 Die Register der Timer_A-Baugruppe;140
7.5.9;5.5.9 Interrupt Handling Timer_A;140
7.5.10;5.5.10 Programmbeispiele;141
7.5.10.1;5.5.10.1 Signalerzeugung im Continuous Mode;141
7.5.10.2;5.5.10.2 PWM-Signalerzeugung im Up Mode;143
7.5.11;5.5.11 Timer_B ;144
7.5.12;5.5.12 Interrupt Handling Timer_B;146
7.6;5.6 USCI;148
7.6.1;5.6.1 Das asynchrone Übertragungsverfahren;148
7.6.1.1;5.6.1.1 USART – asynchrone Betriebsart;150
7.6.1.1.1;5.6.1.1.1 Baud-Rate-Generator;154
7.6.1.1.2;5.6.1.1.2 Weitere Features im asynchronen Mode des USART;157
7.6.1.2;5.6.1.2 Die Register der USCI-Baugruppe;158
7.6.1.3;5.6.1.3 Programmbeispiel;158
7.6.2;5.6.2 Synchrone Übertragung;160
7.6.2.1;5.6.2.1 USCI – synchrone Betriebsart;160
7.6.2.2;5.6.2.2 Programmbeispiel;164
7.6.3;5.6.3 USCI_B-Modul;164
7.6.3.1;5.6.3.1 I2C-Bus;165
7.6.3.2;5.6.3.2 Aufbau der USCI_B-Einheit in I2C-Betriebsart;168
7.7;5.7 ADC10;172
7.7.1;5.7.1 Hardware und Funktion der ADC-Peripherieeinheit;172
7.7.2;5.7.2 ADC-Betriebsarten;177
7.7.3;5.7.3 Hinweise zum PCB-Design;178
7.7.4;5.7.4 ADC10-Register;178
7.7.5;5.7.5 Anschlusspin der ADC-Peripheriebaugruppe;179
7.7.6;5.7.6 ADC-Beispielprogramm;180
7.7.7;5.7.7 Der versteckte DMA-Controller ;182
7.7.7.1;5.7.7.1 Die Register der DTC-Einheit;184
7.7.7.2;5.7.7.2 Programmbeispiel zur DTC-Einheit;184
7.8;5.8 Flash Memory;185
7.8.1;5.8.1 Lesen vom Flash Memory;187
7.8.2;5.8.2 Löschen des Flashspeichers;187
7.8.3;5.8.3 Beschreiben/Programmieren des Flashspeichers;187
7.8.4;5.8.4 Flash-Memory-Register;189
7.8.5;5.8.5 Programmbeispiele zum Flash Memory;189
7.8.5.1;5.8.5.1 Löschen eines Flashsegmentes mit Software außerhalb des Flashmoduls;190
7.8.5.2;5.8.5.2 Löschen eines Flashsegmentes mit Software innerhalb des Flashmoduls;190
7.8.5.3;5.8.5.3 Schreiben eines 16-Bit-Wertes in ein Flashsegment mit Software außerhalb des Flashmoduls;191
7.8.5.4;5.8.5.4 Schreiben eines 16-Bit-Wertes in ein Flashsegment mit Software innerhalb des Flashmoduls;191
8;6 Mikrocontroller-Programmieren in C;193
8.1;6.1 Hochsprache C ;193
8.2;6.2 C-Programmbeispiele ;195
8.2.1;6.2.1 Parallele Ports ;195
8.2.1.1;6.2.1.1 Verwenden zweier Leuchtdioden am Port 1 ;195
8.2.1.2;6.2.1.2 Taster am Port 2 ;196
8.2.2;6.2.2 Timer_A ;197
8.2.2.1;6.2.2.1 Timer_A–Erzeugen von Impulsfolgen ;197
8.2.2.2;6.2.2.2 Timer_A–Erzeugen von PWM-Signalen ;198
8.2.3;6.2.3 ADC10;199
8.2.4;6.2.4 USCI ;201
8.2.4.1;6.2.4.1 USCI im Asynchron Mode ;201
8.2.4.2;6.2.4.2 USCI im I2C-Mode;202
8.2.5;6.2.5 LCD ;202
9;Anhang;208
10;Anhang A ;210
10.1;A1 Übersicht des Entwicklungstools;210
10.1.1;A1.1 Hauptbestandteile der IAR-Embedded-Workbench ;210
11;Anhang B ;215
11.1;B1 Das Education System zum Buch ;215
11.1.1;B1.1 Hardware ;215
11.1.1.1;B1.1.1 Leuchtdioden ;216
11.1.1.2;B1.1.2 Taster ;216
11.1.1.3;B1.1.3 LC-Display ;219
11.1.1.4;B1.1.4 Drehencoder 24/360;221
11.1.1.5;B1.1.5 Lautsprecher ;223
11.1.1.6;B1.1.6 Serielle Schnittstelle RS-232;223
11.1.1.7;B1.1.7 Potentiometer;224
11.1.1.8;B1.1.8 Servomotoransteuerung;225
11.1.1.9;B1.1.9 I2C Schnittstelle/Diodenmatrix;225
12;Anhang C ;228
12.1;C1 MSP430-Befehlsliste ;228
12.2;C2 Befehle des MSP430 ;230
13;Anhang D ;252
13.1;D1 Peripheral File Map ;252
13.2;D2 Special Function-Register SFR (.byte access);255
13.3;D3 Port-Register (.byte access) ;257
13.4;D4 Basic Clock Modul+Register (.byte access);263
13.5;D5 USCI_A0-Register (.byte access);266
13.6;D6 USCI_B0-Register (.byte access) ;274
13.7;D7 Operational amplifiers-Register;281
13.8;D8 Watchdog Timer+Register (.word access);284
13.9;D9 Flash Memory-Register (.word access) ;285
13.10;D10 Timer_B-Register (.word access);288
13.11;D11 Timer_A-Register (.word access) ;293
13.12;D12 ADC10-Register (.word and .byte access);297
14;Anhang E ;303
14.1;E1 Die Interruptvektortabelle ;303
15;Anhang F ;304
15.1;F1 ASCII-Code Tabelle eines LC-Displays;304
16;Abkürzungen;307
17;Literatur;309
18;Index;310

Über Autor(innen)

Prof. Dr. Matthias Sturm lehrt an der HTWK Leipzig in den Bereichen Mikrorechentechnik und digitale Signalverarbeitung.