电工实习（一）基础GPIO实验
之前短期的电赛培训里虽然有学MSP430，但是那时候都是引用学长写好的库函数，离底层太远，人太飘。
微控制器（MCU）、微处理器（MPU）和数字信号处理器（DSP）是目前最常用的3种可编程处理器。本课程所学的单片机MSP430属于微控制器。
- 特点：小巧灵活，成本低，易于产品化；抗干扰能力强。
- 应用：智能仪器仪表，变电站
由于是软件设计部分，所以还提了一下软件开发流程：
项目立项 -> 需求定义 -> 系统设计 -> 编码开发 -> 版本发布 -> 缺陷跟踪
集成测试 系统发布 跟踪维护 回到硬件，依旧是熟悉的MSP430F5529的Launch Pad和配套的BoosterPack。由于是第一堂课，所以实验内容也还是熟悉的点亮LED🤦🏻♂️。
不过不同于之前的培训，这次要求用两种方法实现，分别是调用头文件法和使用固件库配置GPIO引脚控制法。（其实还有一种配置寄存器法，但是老师说这是架构师该操心的所以不要求）
实验内容
由于还没学数电，加上计算机组成原理这方面的知识完全靠以前看闲书的积淀，所以实验时并不清楚寄存器和位运算为何物。
寄存器：
寄存器是CPU的有限存贮容量的高速存贮部件，用来暂存指令、数据和地址。
- PxDIR：方向控制寄存器；1为输出，0为输入，默认为输入
- PxIN（只读）：读取引脚的值
- PxOUT：0为低电平/引脚拉低，1为高电平/引脚拉高
- PxREN：用于启用上拉/下拉电阻（先要用PxDIR设置为输入），与PxOUT配合使用
- PxIFG 中断标志寄存器
- PxIE 允许中断寄存器
- PxIES 中断边沿选择寄存器
| PxDIR | PxREN | PxOUT | I/O配置 |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | X | 输入，禁用电阻 |
| 0 | 1 | 0 | 输入，下拉 |
| 0 | 1 | 1 | 输入，上拉 |
| 1 | X | X | 输出，PxREN无效 |
位运算：
&按位与：A&0=0 A&1=A|按位或：A|0=A A|1=1^按位异或~按位取反<<左移，右边补0，溢出舍弃；左移1位相当于乘2>>右移，无符号数高位补0，低位舍弃；右移1位相当于除以2
运算量只能是整型或字符型的数据，不能为浮点型。
调用头文件方法
思路：初始化引脚 -> 逻辑判断
#include <msp430.h>
void InitTo()
{
P8DIR |= BIT1;//设置P8.1为输出
P1DIR &=~ BIT2; //设置P1.2为输入
P1REN = BIT2; //设置上拉电阻
P1OUT = BIT2;
}
int main(void)
{
WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; //关闭看门狗
InitTo();
while(1)
{
if (P1IN&BIT2) P8OUT |= BIT1;
else P8OUT &=~ BIT1;
}
}常用位运算操作：
//设置P1.0输出并设置高电平
P1DIR | = BIT0;
P1OUT | = BIT0;
//设置P1.4输出并设置低电平
P1DIR | = BIT4;
P1OUT ＆=〜 BIT4;
//设置多个引脚输出并设置电平
P1DIR | = BIT4 | BIT6;
P1OUT | = BIT4 | BIT6;
//将端口1的所有引脚设为输出并将其设置为高电平
P1DIR = 0xFF;
P1OUT = 0xFF;
//设置上拉电阻
P1DIR＆=〜BIT3;
P1REN = BIT3;
P1OUT = BIT3; 固件库配置GPIO方法
原理：调用TI官方库函数。
所以要先在Resource Explorer中下载对应的库函数（可能需要科学上网），如果在View下找不到Resource Explorer，可能是在Getting Started中将CCS设置为了Simple模式，取消即可。
库函数路径如下图，先点击右上角第三个按钮Download and Install之后，再点击中间的按钮导入到IDE。
之后，就可以在新导入的空项目中愉快地玩耍了。
运用库函数编码会容易许多，因为函数的名字非常的easy。
#include "driverlib.h"
void InitIo()
{
GPIO_setAsOutputPin(GPIO_PORT_P8,GPIO_PIN1);//设置P8.1为输出
GPIO_setAsInputPinWithPullUpResistor(GPIO_PORT_P1,GPIO_PIN2);//设置P1.2为输入并设置上拉电阻
}
void main (void)
{
InitIo();
if (GPIO_getInputPinValue(GPIO_PORT_P1,GPIO_PIN2))
GPIO_setOutputLowOnPin(GPIO_PORT_P8,GPIO_PIN1);
else
GPIO_setOutputHighOnPin(GPIO_PORT_P8,GPIO_PIN1);
}跑马灯
思路：通过空循环实现延时，时间和主频有关，每次延时上一个灯灭，下一个灯亮；值得注意的是需要关闭看门狗。
#include <msp430f5529.h>
void InitIo()
{
P8DIR |= BIT1;
P3DIR |= BIT7;
P7DIR |= BIT4;
P6DIR |= BIT3;
P6DIR |= BIT4;
P3DIR |= BIT5;
}
int main(void)
{
WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;
InitIo();
int i = 0;
P8OUT |= BIT1;
while(1){
for(i=0;i<5000;i++) ;
P8OUT &=~ BIT1;
P3OUT |= BIT7;
for(i=0;i<5000;i++) ;
P3OUT &=~ BIT7;
P7OUT |= BIT4;
for(i=0;i<5000;i++) ;
P7OUT &=~ BIT4;
P6OUT |= BIT3;
for(i=0;i<5000;i++) ;
P6OUT &=~ BIT3;
P6OUT |= BIT4;
for(i=0;i<5000;i++) ;
P6OUT &=~ BIT4;
P3OUT |= BIT5;
for(i=0;i<5000;i++) ;
P3OUT &=~ BIT5;
P8OUT |= BIT1;
}
return 0;
}中断
有关中断的知识，我在之前一篇博文已经提过，故不赘述。
实现现象：当S1按键被按下松开后，LED1灯状态翻转。
#include "driverlib.h"
#include "msp430.h"
void InitTo()
{
P8DIR |= BIT1;//设置P8.1为输出
P1DIR &=~ BIT2; //设置P1.2为输入
P1REN = BIT2; //设置上拉电阻
P1OUT = BIT2;
P1IE = BIT2;//允许P1.2中断
P1IES |= BIT2; //下降沿中断
}
int main(void)
{
WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; //关闭看门狗
InitTo();
_enable_interrupts(); //开启全局中断
while(1)
{
}
}
#pragma vector=PORT1_VECTOR
__interrupt void Port_1_Key(void)//中断函数
{
P1IFG &= ~BIT2;//清除中断状态
P8OUT ^= BIT1;//LED状态翻转
}作业一
在点亮LED实验的基础上，修改程序，使按下按键一次，LED点亮，再次按下按键，LED熄灭。
#include <msp430.h>
void InitTo()
{
P8DIR |= BIT1;//设置P8.1为输出
P8OUT &=~ BIT1;//默认不亮灯
P1DIR &=~ BIT2; //设置P1.2为输入
P1REN = BIT2; //设置上拉电阻
P1OUT = BIT2;
}
int main(void)
{
WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; //关闭看门狗
InitTo();
while(1)
{
if (P1IN&BIT2) {
__delay_cycles(1); //空循环
}
else {
P8OUT ^= BIT1;
__delay_cycles(500000); //消除按键抖动
}
}
}作业二
使用GPIO中断实现按键控制跑马灯：按下一个按钮，跑马灯开始；按下另一个按键，跑马灯停止
#include "driverlib.h"
#include "msp430.h"
int flag = 0;
void InitTo()
{
P8DIR |= BIT1;//设置LED灯
P3DIR |= BIT7;
P7DIR |= BIT4;
P6DIR |= BIT3;
P6DIR |= BIT4;
P3DIR |= BIT5;
P1DIR &=~ BIT2; //设置P1.2为输入
P1REN = BIT2; //设置上拉电阻
P1OUT = BIT2;
P2DIR &=~ BIT3; //设置P2.3为输入
P2REN = BIT3; //设置上拉电阻
P2OUT = BIT3;
P1IE = BIT2;//允许P1.2中断
P1IES |= BIT2; //下降沿中断
P2IE = BIT3;//允许P2.3中断
P2IES |= BIT3; //下降沿中断
}
int main(void)
{
WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; //关闭看门狗
InitTo();
_enable_interrupts(); //开启全局中断
while(1)
{
if(flag==1){
P3OUT &=~ BIT5;
P8OUT |= BIT1;
_delay_cycles(500000);//延时500毫秒
}
if (flag==1){
P8OUT &=~ BIT1;
P3OUT |= BIT7;
_delay_cycles(500000);//延时500毫秒
}
if (flag==1){
P3OUT &=~ BIT7;
P7OUT |= BIT4;
_delay_cycles(500000);//延时500毫秒
}
if (flag==1){
P7OUT &=~ BIT4;
P6OUT |= BIT3;
_delay_cycles(500000);//延时500毫秒
}
if (flag==1){
P6OUT &=~ BIT3;
P6OUT |= BIT4;
_delay_cycles(500000);//延时500毫秒
}
if (flag==1){
P6OUT &=~ BIT4;
P3OUT |= BIT5;
_delay_cycles(500000);//延时500毫秒
}
}
}
#pragma vector=PORT1_VECTOR
__interrupt void Port_1_Key(void)
{
P1IFG &= ~BIT2;//清除中断状态
flag = 1;
_delay_cycles(50000);//消除抖动
}
#pragma vector=PORT2_VECTOR
__interrupt void Port_2_Key(void)//中断函数
{
P2IFG &= ~BIT3;//清除中断状态
flag = 0;
_delay_cycles(50000);//消除抖动
}思考与分析
MSP430的IO口都具备哪些功能？
指导书p16
| 端口 | 功能 |
|---|---|
| P1 P2 | I/O 中断 片内外设功能 |
| P3 ～ P11 | I/O 片内外设功能 |
| PJ | I/O JTAG功能复用 |
| S COM | I/O 驱动液晶 |
与IO口相关的寄存器有哪些？
指导书p17-18
| 寄存器 | 功能 |
|---|---|
| PxDIR | 输入/输出方向寄存器 |
| PxIN | 输入寄存器 |
| PxOUT | 输出寄存器 |
| PxREN | 上/下拉电阻使能寄存器 |
| PxSEL | 功能选择寄存器 |
| PxDS | 输出驱动强度寄存器 |
| PxIE | 中断使能寄存器 |
| PxIES | 中断触发沿选择寄存器 |
| PxIFG | 中断标志寄存器 |
如何去掉机械按钮产生的毛刺、抖动等现象？
- 使用按位与
P1IFG&(~P1DIR)，将输出IO排除，防止双键按下 - 延时，消除前面的下降沿
- 检测到后部下降沿后再延时，再检查电平
P1IN&(Push_Key)==0 - 用PIIFG滤除IO影响后的
Push_Key
去掉关闭看门狗的代码，程序能否正常运行，为什么？
不能，系统默认看门狗是开启，这样就必须不断喂狗，否则程序会自动复位。