第２講　　ＭＳＰ４３０學(xué)習(xí)和調(diào)試系統(tǒng)（上）

張俊謨

大家都知道，對于單片機(jī)來說，它是沒有自開發(fā)能力的，因此要開發(fā)單片機(jī)必須有開發(fā)器或仿真器。要得到一個從硬件到軟件功能完整的開發(fā)器或仿真器，一般來說價格是非常昂貴的。所以對于一般業(yè)余愛好者或經(jīng)費不多的工程技術(shù)人員，大多都使用簡易的開發(fā)器。但是對于簡易的開發(fā)器來說，有些很難做到真正的仿真，調(diào)試程序的實時性也受到了限制，有時，這些開發(fā)器還占用單片機(jī)的某些資源。

自從20世紀(jì)80年代制定了有關(guān)檢測PCB和IC芯片的一個標(biāo)準(zhǔn)- IEEE1149.1-1990以后，JTAG接口的技術(shù)得到了推廣，后來，隨著Flash 存儲器技術(shù)的逐漸成熟，將這兩種技術(shù)相互融合,通過JTAG接口來調(diào)試、開發(fā)和在線對Flash 存儲器編程的仿真技術(shù)得到了很大的發(fā)展。TI公司將這一技術(shù)運用到MSP430Flash系列的單片機(jī)上。這樣的仿真技術(shù)的特點是：

（1）仿真器的硬件與單片機(jī)無關(guān)，仿真器只提供獨立于單片機(jī)的JTAG標(biāo)準(zhǔn)接口，MSP430 Flash 系列的芯片上只提供用于仿真調(diào)試的信號引腳，用戶只需按JTAG標(biāo)準(zhǔn)在單片機(jī)目標(biāo)板上作一接口（14腳雙排插針），二者相連即可對單片機(jī)進(jìn)行仿真調(diào)試。

由于仿真器的硬件與單片機(jī)無關(guān)，不同系列的仿真器的硬件相同，可以節(jié)省開發(fā)投資。

（2）仿真接口與單片機(jī)的引腳數(shù)和封裝無關(guān)，無論單片機(jī)的引腳數(shù)的多少,仿真頭所使用的引腳數(shù)不變,解決了傳統(tǒng)仿真頭隨單片機(jī)引腳數(shù)增多而體積增大的問題.

（3）仿真接口與單片機(jī)的主頻無關(guān)。硬件時序就是目標(biāo)系統(tǒng)的硬件時序，避免了其間的差異。

（4）仿真器不占用單片機(jī)的任何資源。單片機(jī)的所有資源都在目標(biāo)系統(tǒng)上。

MSP430學(xué)習(xí)、調(diào)試及開發(fā)系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。其中所使用的調(diào)試軟件是IAR編譯軟件——IAR Embedded Workbench；硬件環(huán)境如圖1所示，由PC機(jī)、MSP430 Flash仿真工具（FET）和系統(tǒng)目標(biāo)板或?qū)W習(xí)板所組成。

學(xué)習(xí)和調(diào)試系統(tǒng)的硬件環(huán)境

⒈MSP430 FET仿真工具

⑴ JTAG 簡介 JTAG(Joint Test Action Group)是1985年制定的檢測PCB和IC芯片的一個標(biāo)準(zhǔn)，1990年被修改后成為IEEE的一個標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE1149.1-1990。通過這個標(biāo)準(zhǔn)，可對具有JTAG接口的芯片的硬件電路進(jìn)行邊界掃描和故障檢測。具有JTAG接口的芯片,相關(guān)JTAG引腳的定義為:TCK為測試時鐘輸入；TDI為測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過TDI引腳輸入JTAG接口；TDO為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過TDO引腳從JTAG接口輸出；TMS為測試模式選擇，TMS用來設(shè)置JTAG接口處于某種特定的測試模式；TRST為測試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。

一般JTAG內(nèi)部有一個狀態(tài)機(jī)，稱為TAP控制器。它通過TCK和TMS進(jìn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的輸入。

JTAG標(biāo)準(zhǔn)定義了一個串行的移位寄存器。寄存器的每一個單元分配給IC芯片的相應(yīng)的引腳，這個獨立的單元稱為BSC邊界掃描單元。這個串聯(lián)的BSC在IC內(nèi)部構(gòu)成JTAG回路，所有的BSR邊界掃描寄存器通過JTAG測試激活，平時這些引腳保持正常的IC功能。

在設(shè)計PCB時，MCU中的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線與其中Flash存儲器的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線相連。因為MCU的引腳都有相應(yīng)的BSC，只要用JTAG指令將數(shù)據(jù)、地址和控制信號送給其BSC中，就可以通過BSC將信號送給Flash存儲器，實現(xiàn)對Flash存儲器的在線的讀取、擦除和編程操作。

⑵MSP430 FET仿真工具的原理 MSP430 FET仿真工具的功能主要是將由PC機(jī)打印機(jī)接口來的8位并行數(shù)據(jù)與來自JTAG接口的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)PC機(jī)與MSP430芯片中的JTAG接口的通訊。

在本文所介紹的MSP430學(xué)習(xí)和調(diào)試系統(tǒng)中，可以使用TI公司推出的兩種型號的MSP430 FET仿真工具：MSP430-FET 110仿真工具和MSP-FET430P440仿真工具。前者是TI最早推出的仿真工具,沒有JTAG調(diào)試接口,只能支持MSP430F11x、 MSP430F11x1及MSP430F11x2 等器件；后者是TI新推出的仿真器,它由JTAG接口盒和DEMO板兩部分組成,其JTAG口盒支持所有MSP430 FLASH系列單片機(jī)的開發(fā),其DEMO板支持MSP430F43x及MSP430F44x器件。

MSP-FET430P440仿真工具的外形和PCB板圖見圖2a和圖2b；MSP-FET430 110仿真工具PCB板示于圖2 c中，而它的電原理圖則示于圖3中。至于仿真工具與學(xué)習(xí)板或目標(biāo)板相連接的JTAG插頭的引腳分配示于圖4中。

⑶ MSP430 FET仿真工具的功能功能主要有三個：a.下載編碼到器件；b.編程Flash存儲器；c.通過內(nèi)部的仿真邏輯進(jìn)行仿真。

⑷MSP430 FET仿真工具的連接 FET430X110仿真工具和FET430P440仿真工具的連接方法是不同的：a.對于FET430P440仿真器,仿真器用25芯的扁平電纜與PC的打印機(jī)接口相連,另一端JTAG口用14腳扁平電纜與用戶的目標(biāo)板連接(如本文提到的學(xué)習(xí)板)；b. 對于FET430X110仿真器,仿真器用25芯的扁平電纜與PC的打印機(jī)接口連接,沒有JTAG接口,所仿真的芯片直接焊在仿真器上或夾在仿真器的座上。

⒉MSP430學(xué)習(xí)板

⑴MSP430學(xué)習(xí)板概述MSP430學(xué)習(xí)板是利爾達(dá)公司為了在我國推廣MSP430系列單片機(jī)，執(zhí)行大學(xué)計劃而推出的學(xué)習(xí)和開發(fā)MSP430 Flash 型單片機(jī)的一個硬件平臺。

學(xué)習(xí)板硬件平臺以MSP430F449為核心，配合FET仿真工具及IAR軟件平臺，對所有的MSP430F43x和MSP430F44x系列單片機(jī)進(jìn)行在線編程與測試，可方便地實現(xiàn)開發(fā)。

學(xué)習(xí)板采納國內(nèi)外許多單片機(jī)實驗儀的優(yōu)點,保持了傳統(tǒng)機(jī)的實驗項目，增加了以實用技術(shù)為主的許多實驗。按照教育大綱的要求，可根據(jù)校方要求定制或校方自制實驗卡與本機(jī)配合使用。學(xué)習(xí)板是《MSP430系列Flash型超低功耗16位單片機(jī)》、《MSP430系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計實例》、《MSP430系列單片機(jī)C語言程序設(shè)計與開發(fā)》等教材和參考資料所必須的實驗設(shè)備,它既能適合科研開發(fā)，又能適合大面積實驗教學(xué)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等方面的要求,為廣大高校師生提供一個良好的實驗開發(fā)環(huán)境。同時也是廣大的電子愛好者學(xué)習(xí)、開發(fā)MSP430系列單片機(jī)的良好平臺。

該學(xué)習(xí)板集成了豐富的接口電路與模塊，具體如下：

● 2種輸出電壓5V和3.6V

● 12鍵的行列鍵盤，3個獨立按鍵

●3種顯示模式:LED、LCD（段碼）、LCD（點陣）

●3種通訊模式: 485、232、M_BUS

●2種外圍接口方式：SPI方式和 總線（串行EEPROM）模塊方式

● A/D轉(zhuǎn)換接口（12位）

● 外部FLASH DATA 模塊

●Timer_A比較/捕獲模式接口

學(xué)習(xí)板還把全部引腳用插座引出，并可通過DIP開關(guān)選擇是否與外部電路相連，方便用戶自己擴(kuò)展模塊與單片機(jī)相連。學(xué)習(xí)板的平面布置如圖5所示。

為了能更好地了解和掌握MSP430 Flash系列單片機(jī)的特點、使用方法，能更好、更快地投入開發(fā)，針對學(xué)習(xí)板設(shè)計了豐富的實驗項目，有基礎(chǔ)的DEMO實驗，更有復(fù)雜、精彩的綜合實驗，同時準(zhǔn)備了大量的相關(guān)程序，以便用戶調(diào)試。