模拟与数字外设的广泛性能推出电容式触摸感测 I/O 端口 MSP430G2553 中集成的外设包括 GPIO 定时器 ADC 比较器 USCI 串行通信电容触摸等我们将在后面分别介绍各个外设的使用 1.2 MSP430G2 LaunchPad 介绍 MSP430G2 LaunchPad 是基

Size: px

Start display at page:

Download "模拟与数字外设的广泛性能推出电容式触摸感测 I/O 端口 MSP430G2553 中集成的外设包括 GPIO 定时器 ADC 比较器 USCI 串行通信电容触摸等我们将在后面分别介绍各个外设的使用 1.2 MSP430G2 LaunchPad 介绍 MSP430G2 LaunchPad 是基"

墀贺
5 years ago
Views:

1.1 MSP430 简介单片机是一个集成电路芯片, 是包括了 CPU 随机存储器 RAM 只读存储器 ROM 多种 I/O 口和中断系统定时器 / 计数器等功能并将其集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统一般把单片机也称为 Microcontroller, 或 MCU 单片机的应用极其广泛, 大到汽车工业, 小到家电个人消费电子品, 里面都有单片机的身影

1 1.1 MSP430 简介单片机是一个集成电路芯片, 是包括了 CPU 随机存储器 RAM 只读存储器 ROM 多种 I/O 口和中断系统定时器 / 计数器等功能并将其集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统一般把单片机也称为 Microcontroller, 或 MCU 单片机的应用极其广泛, 大到汽车工业, 小到家电个人消费电子品, 里面都有单片机的身影可以说凡是要进行控制和运算的应用, 都有单片机的用武之地 MSP430 是 16 位的单片机, 发展到现在 MSP430 已有多个系列共 500 多种型号不同的 MSP430 系列集成了不同的外设, 主要包括有 Flash RAM 定时器 GPIO ADC 串行通信模块等 MSP430 以低功耗而闻名, 其低功耗水平在业界领先, 非常适用于电池供电设备等对于功耗要求较高的领域本教程中我们将用到的是 MSP430G2553 这个型号, 属于 MSP430G2xx 系列这个系列在 MSP430 产品线中具有很高的性价比, 最高主频可到 16MHz, 并集成了多种外设 MSP430G2553 的主要特性如下 : 高达 16MHz 的 CPU 速度 1.8V 至 3.6V 工作电压 16KB Flash,512 字节 RAM

2 模拟与数字外设的广泛性能推出电容式触摸感测 I/O 端口 MSP430G2553 中集成的外设包括 GPIO 定时器 ADC 比较器 USCI 串行通信电容触摸等我们将在后面分别介绍各个外设的使用 1.2 MSP430G2 LaunchPad 介绍 MSP430G2 LaunchPad 是基于 TI MSP430G2553 单片机的口袋实验板此板麻雀虽小, 五脏俱全除了排针扩展芯片引脚之外, 板上还有两个按键两个 LED, 另外板上带有板载仿真器, 只需要一根 USB 线就可以直接连接电脑进行编程和仿真

拿到 MSP430G2 LaunchPad 之后, 首先看到板子分为上下两个区域上边区域是板载仿真器, 用于向单片机下载程序以及进行在线仿真 ; 下边区域包括单片机主芯片 MSP430G2553, 左右两排插针分别对应单片机的 20 个引脚左下方按钮连接单片机的 P1.3 口, 可以由用户自定义编程, 两个 LED 分别通过跳线帽连接 P1.0 和 P1.

3 拿到 MSP430G2 LaunchPad 之后, 首先看到板子分为上下两个区域上边区域是板载仿真器, 用于向单片机下载程序以及进行在线仿真 ; 下边区域包括单片机主芯片 MSP430G2553, 左右两排插针分别对应单片机的 20 个引脚左下方按钮连接单片机的 P1.3 口, 可以由用户自定义编程, 两个 LED 分别通过跳线帽连接 P1.0 和 P1.6, 如需断开 LED 只要拔掉跳线帽即可芯片旁边还留出了外部晶振的焊盘, 如果需要使用外部晶振, 只要将包装中的晶振焊接到焊盘上即可 MSP430G2 LaunchPad 相关文档下载 LaunchPad User s Guide: MSP430x2xx User s Guide: C Compiler User s Guide MSP430G2xx code examples: 新建 CCS 工程首先我们需要理解什么是一个 CCS 工程 CCS 工程中包含所有程序源文件头文件和库文件, 另外工程文件中还会记录程序编译的设置

CCS 中还有一个 workspace 工作空间的概念, 一个 workspace 中会包含一个用户编写的多个工程, 类似于 windows 的登录用户,workspace 中会将用户的设定存储下来, 这样每次打开一个 workspace, 上次用户关闭时的界面将原封不动的恢复出来 Workspaces and Projects Workspace Project 1 Project 2

4 CCS 中还有一个 workspace 工作空间的概念, 一个 workspace 中会包含一个用户编写的多个工程, 类似于 windows 的登录用户,workspace 中会将用户的设定存储下来, 这样每次打开一个 workspace, 上次用户关闭时的界面将原封不动的恢复出来 Workspaces and Projects Workspace Project 1 Project 2 Project 3 Settings and preferences Link Project Project Project Link Source files Source files Header Source files files Header Files Link Library Header filesfiles Library files Build Library and tool filesettings Build and tool settings Build and tool settingslink Source files Code and Data Header files Declarations/Defines Library files Code and Data A workspace contains your settings and preferences, as well as links to your projects. Deleting projects from the workspace deletes the links, not the files A project contains your build and tool settings, as well as links to your input files. Deleting files from the workspace deletes the links, not the files Project Wizard 首次使用 CCS 1) 打开 CCS, 会弹出一个对话框请用户选择 workspace 的路径, 可以选择任意一个文件夹, 但请注意路径必须为全英文, 不能有中文字符下方的 Use this as the default and do not ask again 不建议勾选, 如果勾选 CCS 之后将把此路径作为默认 workspace 路径不再更改选择好 workspace 之后单击 OK 进入 CCS

Workspace 文件夹中包含所有的 CCS 设置, 包括工程的设置和视图, 这样 workspace 再次打开时可以看到上一次关闭时的工程 Workspace 中还包含所有工程的列表, 当 CCS 关闭时 workspace 会被自动保存 2) 第一次打开 CCS 时, 会弹出 License Setup Wizard 对话框针对 MSP430 单片机, 请选择 CODE

5 Workspace 文件夹中包含所有的 CCS 设置, 包括工程的设置和视图, 这样 workspace 再次打开时可以看到上一次关闭时的工程 Workspace 中还包含所有工程的列表, 当 CCS 关闭时 workspace 会被自动保存 2) 第一次打开 CCS 时, 会弹出 License Setup Wizard 对话框针对 MSP430 单片机, 请选择 CODE SIZE LIMITED(MSP430) 这个选项即可正常使用 3) 接下来应该可以看到 TI Resource Explorer 窗口出现在 CCS 中 TI Resource Explorer 中包含了各种文档和例程, 我们将会在后面的章节讨论现在请先点击 TI Resource Explorer 标签上的 X 关闭此窗口 4) 现在应该可以看到一个空白的 CCS 工作区窗口, 如下图

请注意右上角的 CCS Edit 按钮,CCS 提供了两种工作区模式, 现在我们看到的工作区是在 CCS Edit 模式下的, 此时各功能区布局工具栏菜单等都如上图所示, 是为了方便创建编写及编译程序所设的另外还有一个 CCS Debug 模式, 当用户点击 debug 按钮时,CCS 会自动进入此模式, 此时会出现一排 debug 工具栏, 方便用户进行调试 1.3.

6 请注意右上角的 CCS Edit 按钮,CCS 提供了两种工作区模式, 现在我们看到的工作区是在 CCS Edit 模式下的, 此时各功能区布局工具栏菜单等都如上图所示, 是为了方便创建编写及编译程序所设的另外还有一个 CCS Debug 模式, 当用户点击 debug 按钮时,CCS 会自动进入此模式, 此时会出现一排 debug 工具栏, 方便用户进行调试创建一个新工程 (Project) 在 CCS 工程中包含了所有源文件以及输出的可执行文件 (.out 文件 ) 要创建一个 CCS 工程, 请点击 :File -> New -> CCS Project 出现如下对话框 Project name 中填写项目名称 Lab1,Device 菜单中选择芯片型号 MSP430G2553, 项目模板选择 Empty Project (with main.c), 然后点击 Finish

7 CCS 的 workspace 中会出现刚刚新建的工程, 单击工程名称, 会出现 active 字样, 代表正在对当前工程进行操作编辑源代码接下来, 我们在 main.c 文件中加入源代码在 main.c 中手动敲入以下代码 : #include <msp430.h> int main(void) {

8 WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; P1DIR = 0x01; // Stop watchdog timer // Set P1.0 to output direction for (;;) { volatile unsigned int i; P1OUT ^= 0x01; // Toggle P1.0 using exclusive-or } } i = 50000; do (i--); while (i!= 0); // Delay 或者打开 Labs 文件夹, 在 Lab1.txt 中也能找到上述源代码, 将代码拷贝到 main.c 中编译并运行程序 1) 点击 Debug 按钮,CCS 会自动保存当前源代码, 完成程序编译, 并将程序下载到 LaunchPad 中如果出现 Ultra-Low-Power Advisor (ULP Advisor) 的提示窗口, 点击 Proceed 即可程序下载结束后,CCS 会自动进入 Debug 视图 2) 在 Debug 视图下, 可以看到下图所示的调试工具按钮点击运行按钮, 程序将开始运行如一切正常, 将会看到 LaunchPad 上的红色 LED 灯以一定频率闪烁如果想暂停程序, 可以点击暂停按钮点击停止按钮, 程序会停止运行且 CCS 将退出 Debug 视图, 但请注意程序将会保持在单片机的 flash 存储器中, 下次上电时程序仍将从头开始执行

$4 如何导入现有 CCS 工程本节将介绍如何导入一个现有的工程上一节最后一步我们从 workspace 中删除了 Lab1 工程, 但工程文件其实还保存在 workspace 所在的文件夹中 ( 默认路径是 C:\Users\ 用户名 \workspace_v5_x), 下面我们就把此工程再导入到$

9 3) 点击停止按钮退出 Debug 视图之后, 右键单击工程名, 在菜单中选择 Delete, 从当前 workspace 中删除 Lab1 工程注意在确认对话框中有选项 Delete project contents on disk, 请不要勾选此选项, 否则将删除硬盘中的工程文件我们下一节还将用到刚才的工程文件 1.4 如何导入现有 CCS 工程本节将介绍如何导入一个现有的工程上一节最后一步我们从 workspace 中删除了 Lab1 工程, 但工程文件其实还保存在 workspace 所在的文件夹中 ( 默认路径是 C:\Users\ 用户名 \workspace_v5_x), 下面我们就把此工程再导入到 CCS 中在 CCS 菜单中选择 Project->Import Existing CCS Eclipse Project, 点击 Browse 找到 CCS workspace 所在文件夹, 点击 OK,CCS 会自动将所选文件夹及其子文件夹下所有的 CCS Projects 列出从列表中找到 Lab1, 点击 Finish 即可导入此工程在导入工程时有一个选项是 Copy projects into workspace, 请不要勾选, 因为 Lab1 本身已经在 workspace 文件夹中如果是从其他位置导入, 勾选此选项将会将工程复制到 workspace 中

10 为何有些工程无法导入? 在导入工程时, 有时会发现有些工程是灰色的, 无法勾选 ( 如下图所示 ) 这是因为 workspace 中已有同名的工程了 ( 无论内容是否完全一致 ) 如果是自己重复导入工程, 把之前的工程文件删除即可 ; 如果确实重名了, 解决办法只能是修改其中一个工程的名称导入 MSP430ware 例程在 CCS 中有一个非常实用的资源库叫做 MSP430ware, 其中有 MSP430 系列所有芯片的文档资料, 以及丰富的例程用好这个资源库可以让我们的 MSP430 学习之旅事半功倍

11 在 CCSv5.x 中打开 View->TI Resource Explorer 菜单, 在 package 处选择 MSP430ware, 即可打开资源库主界面在主菜单中共有 3 个功能, 分别是 Device Development Tools 和 Libraries 在最新的 CCSv7 版本中,Resource Explorer 已经改为在线版, 需要联网才能使用另外也可以直接访问 TI 的 Resource Explorer 网站来浏览其中的内容 : 下面还是先介绍 CCSv5 中的 MSP430Ware 的 3 个主要功能 : 1) Device: 包含 MSP430 系列所有芯片的 Datasheet User s Guide 等文档, 以及针对芯片的例程库, 还有图形化工具 Grace 例程 ;

12 2) Development Tools: 包含所有 MSP430 开发套件的 User s Guide 以及硬件文档, 同时还有针对板卡的例程 ;

下面我们就举例说明如何将 MSP430ware 中的例程导入 workspace 展开 Device 菜单, 找到要编程的目标芯片 (MSP430G2xx), 再展开 Code Examples 并找到 MSP430G2x53, 单击芯片名称后右侧会出现例程的列表

13 3) Libraries: 有 TI 官方提供的针对 MSP430 的代码库, 包括外设驱动库 Driverlib 图形处理库 Graphics Library USB 开发库电容触摸库等等这些库为用户提供了封装好的函数, 使用这些库可以在不关心芯片具体寄存器的情况下编程, 也方便了程序在不同芯片之间进行移植使用 Driverlib 虽然方便, 但是针对单片机进行编程还是直接对寄存器进行操作能够真正从底层优化程序, 另外从学习角度来讲也还是需要了解单片机的结构和寄存器因此这里推荐大家最经常使用的还是 Device 中的 Code Examples 下面我们就举例说明如何将 MSP430ware 中的例程导入 workspace 展开 Device 菜单, 找到要编程的目标芯片 (MSP430G2xx), 再展开 Code Examples 并找到 MSP430G2x53, 单击芯片名称后右侧会出现例程的列表其中包括工程名称和描述仔细看一下, 工程名称是以芯片名 + 外设名 + 序号来命名的, 也就是说每一个外设都有多个例程为什么会有这么多例程呢? 看一下右边的描述就会发现一个外设下不同的例程是根据外设的不同模式来编写的, 例如 GPIO 例程有 4 个, 分别是针对输出输入中断等不同的模式

14 下面用一个简单的例子来说明怎么把例程导入到 workspace 中请在例程列表中找到 msp430g2xx3_1 这个工程, 看右边的描述就知道这个例程是一个简单的切换 I/O 口状态的例程, 可以实现 P1.0 对应的 LED 闪烁点击工程名, 在出现的菜单中选择芯片 MSP430G2553, 然后单击 OK, 左边的工程列表中就会出现对应的工程了 MSP430ware 中的例程不仅数量多, 而且程序规范注释完整, 是我们学习单片机编程的好帮手在学习单片机的各个外设时, 不妨先到 MSP430ware 的例程库中看一看对应的例程, 对于我们理解和掌握 MSP430 单片机大有帮助 1.5 单片机 C 语言入门单片机的寄存器在前面的示例程序中我们发现对单片机进行编程实际上就是改写寄存器的值单片机各个外设的功能其实是预先固定的, 而寄存器就像是这些功能的控制接口, 通过改变寄存器的值就可以在这些功能中进行选择还有一些寄存器直接对应引脚的状态, 例如 GPIO 的输入 / 输出寄存器像以下语句 : P1OUT = 0x01; 这句话其实就是赋值给 P1OUT 这个寄存器, 这个寄存器是 GPIO 的输出寄存器, 赋值之后对应引脚的输出状态就会发生改变 P1OUT 寄存器共有 8 位, 分别是从 P1.0-P1.7 要给这个寄存器赋值, 其实就是写入一个 8 位的二进制数值, 例如在 C 语言中, 为了尽量精简代码, 一般把这个 8 位二进制数

15 换算成 2 位 16 进制数, 前面加上 0x 表示这是一个 16 进制的值这样二进制的也可以表示为 0x01, 那么上面一句 P1OUT = 0x01 实际上是把 P1.0 赋值为 1,P1.1-P1.7 赋值为 0 每次上电之后, 寄存器都会回到它们的初始值 MSP430G2 系列单片机中所有寄存器的说明都在 MSP430x2xx Family User's guide 这篇文档中使用哪个外设, 就到文档对应章节中去查找寄存器的定义 MSP430 的位操作上一节的例子中我们发现 MSP430 单片机的寄存器赋值都是直接给整个寄存器赋值, 如 P1OUT = 0x01; 那如果只想给寄存器其中的一位赋值, 能否直接对某位进行操作呢? 答案是不可以因为 MSP430 属于 RISC 精简指令集单片机, 它有一个特点就是不能进行位操作那么如果只想操作某一位, 而不关心其它位, 例如我只想把 P1.0 赋值为 1, 但我不知道也不想改变 P1.1-P1.7 的状态, 该怎么办呢? 下面就来介绍 MSP430 中进行位操作的办法 1) 写位操作在对某字节使用 = 进行写操作时, 所有位的值都将被改变如果先将原字节读出来, 再使用按位操作符对原字节进行赋值, 则可等效实现对单个位的写操作下面举例来说明 MSP430 中最重要的 3 个写位操作语句例 : 将 P1.0 置 1,P1.1 置 0,P1.2 取反, 不影响其他位 P1OUT = 0x01; // 按位或, 相当于置 1 P1OUT &= ~0x02; // 取反后再按位与, 相当于置 0 P1OUT ^= 0x04; // 按位异或, 相当于取反在 CCS 新建工程时, 都会包含 MSP430.h, 这个头文件其实相当于一个目录, 会根据当前工程所选的芯片型号链接到对应的头文件, 例如 MSP430G2553 芯片就会链接到 MSP430G2553.h 这些头文件都在 C:\ti\ccsv5\ccs_base\msp430\include 目录下, 其中包含了许多宏定义, 利用这个宏定义可以帮助我们用更直观的方式来写寄存器, 不用每次都把要写的值换算成 16 进制了例如 MSP430G2553.h 中有如下宏定义 : #define BIT0 (0x0001)

16 #define BIT1 #define BIT2 #define BIT3 #define BIT4 #define BIT5 #define BIT6 #define BIT7 #define BIT8 #define BIT9 #define BITA #define BITB #define BITC #define BITD #define BITE #define BITF (0x0002) (0x0004) (0x0008) (0x0010) (0x0020) (0x0040) (0x0080) (0x0100) (0x0200) (0x0400) (0x0800) (0x1000) (0x2000) (0x4000) (0x8000) 有了 BIT0-BITF 的宏定义, 上面例子中的语句就可以改写为 P1OUT = BIT0; // 按位或, 相当于置 1 P1OUT &= ~BIT1; // 取反后再按位与, 相当于置 0 P1OUT ^= BIT2; // 按位异或, 相当于取反另外, 也可以用加号对多位同时操作例如要将 P1.0 P1.1 P1.2 均置 1, 不影响其他位, 可以写 P1OUT = BIT0 + BIT1 + BIT2; 请注意, 采用按位操作并不意味着 MSP430 具备了位操作能力, 按位操作实际上对整个字节的 8 位都进行了操作, 只不过对其中 7 位的值没影响而已 2) 读位操作读位操作主要是通过 if 语句判断的方式得到的同样, 这种变通的方法不意味着 MSP430 单片机可以对位进行读取, 这种方法同样需要对 1 个字节的 8 位都操作例 : 将 P2.0 的输出设置成 P1.1 输入相反, 读取 P1.0 输入状态到变量 temp unsigned char temp = 0; if((p1in&bit1) == 0) P2OUT = BIT0; // 读 P1.1 写 P2.0 else P2OUT &= ~BIT0; if(p1in&bit0) temp = 1; // 读 P1.0 写 temp else temp = 0;

17 1.5.3 MSP430 寄存器的宏定义配置方法上一节提到了 MSP430G2553.h 这个头文件, 实际上里面除了 BIT0-BITF 的宏定义之外还有很多的宏定义这是因为 MSP430 的片上外设极为丰富, 因此也有大量的寄存器来配置功能 MSP430 上有数百个寄存器和近千个控制位, 如果靠记忆这些寄存器的每一位的定义是不现实的, 因此头文件的宏定义能帮助我们以更直观的方式来写程序例如下图中给出了 BCSCTL2 寄存器中 DIVMx 控制位的位置, 下方代码中给出了 MSP430 头文件中两种 DIVMx 的宏定义, 即 DIVM0/1 和 DIVM_0/1/2/3 图中 rw-0 表示该位可读可写, 复位后初始值为 0 #define DIVM_0 (0x00) /* MCLK Divider 0: /1 */ #define DIVM_1 (0x10) /* MCLK Divider 1: /2 */ #define DIVM_2 (0x20) /* MCLK Divider 2: /4 */ #define DIVM_3 (0x30) /* MCLK Divider 3: /8 */ 这个 8 位寄存器中的 DIVMx 是用来控制 MCLK 的分频系数的, 分频系数依次为 1/2/4/8 例如我们要设置 MCLK 的时钟 8 分频, 下列 3 条代码均可实现该功能 : BCSCTL2 = 0x30; BCSCTL2 = BIT5 + BIT4; BCSCTL2 = DIVM_3; // 人脑记忆 + 数脚趾头, 最笨的方式 // 需记忆 DIVMx 在寄存器中的位置, 不推荐 // 简洁明了, 力荐

18 参考文献 1. 从零开启大学生电子设计之路-- 基于 MSP430 LaunchPad 口袋实验平台, 杨艳, 傅强编著, 北京航空航天大学出版社,2014 年 8 月第 1 版 2. MSP Design Workshop by Texas Instruments, Version 4.60, May 2016, 3. Getting Started with the MSP430G2553 Value-Line LaunchPad Workshop by Texas Instruments, Version 2.22, July 2013, Line_LaunchPad_Workshop 4. MSP430G2553 datasheet (Rev.J), May 2013, mber=slas735j&doccategoryid=2&familyid= MSP430x2xx Family User's Guide, SLAU144J, 6. MSP-EXP430G2 LaunchPad Evaluation Kit User's Guide, SLAU318G, March 2016,

Microsoft Word - MSP430 Launchpad 指导书.docx

Microsoft Word - MSP430 Launchpad 指导书.docx Contents 3... 9... 14 MSP430 LAUNCHPAD 指导书 3 第一部分第一个工程 New Project File > New > CCS Project Project name: ButtonLED Device>Family: MSP430 Variant: MSP430G2553 Project templates and examples : Empty Project

模拟与数字外设的广泛性能 推出电容式触摸感测 I/O 端口 MSP430G2553 中集成的外设包括 GPIO 定时器 ADC 比较器 USCI 串行通信 电容触 摸等 我们将在后面分别介绍各个外设的使用 1.2 MSP430G2 LaunchPad 介绍 MSP430G2 LaunchPad 是基

模拟与数字外设的广泛性能推出电容式触摸感测 I/O 端口 MSP430G2553 中集成的外设包括 GPIO 定时器 ADC 比较器 USCI 串行通信电容触摸等我们将在后面分别介绍各个外设的使用 1.2 MSP430G2 LaunchPad 介绍 MSP430G2 LaunchPad 是基