MSP430单片机GPIO编程入门教程

天南地北客

在本教程中，我们将一起学习MSP430单片机GPIO的编程方法。本文也适用于Launchpad开发板上使用的MSP430x2xx器件，如MSP430G2553、MSP430G2231等。MSP430单片机上的大多数引脚被分组为最多8个端口， P1到P8。每个端口都是8位宽，并有8个相关的I / O引脚。这些引脚直接映射到相应的端口寄存器，因此可以独立操作I / O引脚。只有端口P1和P2中的引脚支持中断。 此外，每个I / O引脚还具有可配置的上拉和下拉电阻。 每个端口都有一组相关的寄存器，用来操作各个引脚。 位映射和端口分组如下所示：

注意：在编程指南/数据手册中使用的引脚的命令约定是'Px.y'，其中'x'对应的是端口号（1到8），'y'对应的是引脚号（0到7） X'。例如：P1.1是指端口1的第1引脚，P2.4是指端口2的第4引脚。您将看到与在MSP430 Launchpad开发板上标记引脚相同的约定。

当前版本的MSP430G2 Launchpad使用的是MSP430G2553和MSP430G2452。旧版本（Rev1.4）使用的是MSP430G2231和MSP430G2211。但是，除非另有说明，对于所有支持的器件，编程方法都是一样的。

MSP430单片机的GPIO寄存器

GPIO模块有许多寄存器。我们只会介绍本教程涉及的一些数字I / O寄存器。我将在其他的教程中介绍与中断相关的寄存器（即PxIFG，PxIES，PxIE）。

1. PxDIR：GPIO方向控制寄存器。将此寄存器中的任何位设置为0将会将相应的引脚[0至7]配置为输入，而将其设置为1将配置为输出。

2. PxIN（只读）：用于读取配置为输入的数字I / O引脚的值。 0 =输入为低电平，1 =输入为高电平。

3. PxOUT：当上拉/下拉电阻被禁用时，用于直接将值写入引脚。 0 =输出为低电平，1 =输出为高电平。上拉/下拉电阻使能时：0 =引脚拉低，1 =引脚拉高。

4. RxREN：对于配置为输入的引脚，PxREN用于为给定引脚启用上拉/下拉电阻，PxOUT与PxREN一起用于选择上拉或下拉电阻。将位设置为1将启用相应引脚的上拉/下拉电阻，同时将其设置为0将禁用相同的引脚。

PxDIR	PxREN	PxOUT	I / O配置
0	0	X	输入，禁用电阻
0	1	0	使能内部下拉的输入
0	1	1	使能内部上拉的输入
1	X	X	输出， PxREN无效

5. PxSEL＆PxSEL2：由于大多数端口引脚多达4种不同的功能，我们需要一种机制来选择这些功能。这是使用PxSEL和PxSEL2寄存器来实现的。特定引脚的这些寄存器的位组合将选择特定的引脚功能。位组合如下所示：

PxSEL2（第n位）	PxSEL（第n位）	引脚功能
0	0	GPIO（数字I / O）功能
0	1	主要外设功能
1	0	保留。查阅设备特定的数据表。
1	1	辅助外围功能

另请注意，PxSEL / PxSEL2寄存器不会根据模块功能的要求更改引脚方向。确保使用PxDIR寄存器按照复用功能的要求设置正确的引脚方向。

使用C / C ++的MSP430的GPIO编程和示例代码

前提条件：在我们开始编程gpio之前，您需要对C / C ++中的二进制和十六进制系统以及按位运算有基本的了解，下面是两个可以参考的教程（或者如果您已经熟悉这些教程，可以跳过这些教程并继续）：

●     嵌入式编程的十六进制和二进制数字系统基础知识

●     教程：嵌入式编程基础C - 位操作

msp430.h是所有MSP430器件的通用头文件。该头文件识别您的器件，并相应地包含器件具体的头文件。每个器件具体的头文件还包括从BIT0到BITF的位定义。其中BITn等于（1 << n），即第n个位的位置是1，其余位是0。

现在让我们看看我们如何给寄存器赋值。我们可以使用十六进制符号和十进制表示法来赋值。如果您的编译器支持其他符号，如二进制符号，也可以使用。比方说，我们要设置Port 1的PIN 6作为输出。它可以通过以下方式完成：

1. 方式1. P1DIR =（1 << 6）; //（二进制左移 - 直接赋值：其他引脚设置为0）
   
2. 方式2. P1DIR | = 0x20; //或0x20; （十六进制 - 或分配：其他引脚不受影响）
   
3. 方式3.P1DIR | =（1 << 6）; //（二进制左移 - 或分配：其他引脚不受影响）
   
4. 方式4. P1DIR | = BIT6; //同上，使用标准BIT定义

复制代码

●     在许多情况下，必须避免使用方式1，因为我们直接为寄存器赋值。因此，当我们将P1.6'1'设置为'1'时，其他的被强制分配一个'0'，这个'0'可以通过或操作来避免，然后赋值。

●     如果需要批量更改某些位，则可以使用方式2

●     方式3和方式4可以在需要改变某些或者一个位时使用。

这里首先要注意的是，十六进制表示法中前面的零可以被忽略，因为它们没有任何意义，因为我们在这里使用了无符号值（仅为正值），它们被分配给寄存器。 例如。0x4和0x04表示的意思一样。

请注意，位7是最左边的MSB，位0是最右边的LSB，它代表Big Endian格式。 因此，位0是右边的第一位，位1是右边的第二位，依此类推。 BIT和PIN码是基于零的索引值。

使用C / C++的基本示例代码

示例 1）

假设我们希望将端口1的引脚0（即P1.0）配置为输出并希望将其驱动为高电平。可以使用下面的方法：

1. P1DIR | = BIT0; //与（1 << 0）和0x1相同，将P0.1配置为输出
   
2. P1OUT | = BIT0; // P1.0输出高电平

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示例 2）

将引脚P1.4配置为输出，并单独设置为低电平而不影响其他位，可以通过以下方式：

1. P1DIR | = BIT4; //将P1.4配置为输出
   
2. P1OUT＆=〜BIT4; //只有P1.4变低

复制代码

示例3）

将P1.4和P1.6配置为输出并将它们设置为高电平：

1. P1DIR | = BIT4 | BIT6; //将P1.4和P1.6配置为输出
   
2. P1OUT | = BIT4 | BIT6; //驱动P1.4和P1.6的HIGHT

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示例 4）

配置端口1的所有引脚（P1.0至P1.7）为输出并将其设置为高电平：

1. P1DIR = 0xFF; //将P1的所有引脚配置为输出
   
2. P1OUT = 0xFF; //将所有引脚驱动为高电平

复制代码

示例 5）

在此示例代码中，我们将配置引脚P1.3作为内部上拉的输入：

1. P1DIR＆=〜BIT3; //配置P1.3作为输入（复位后也总是输入）
   
2. P1REN = BIT3; //为P1.3启用上拉/下拉
   
3. P1OUT = BIT3; //为P1.3选择上拉电阻

复制代码

示例 6）

我们可以检查上面配置的输入引脚P1.3的当前状态，如下所示：

1. if(P1IN & BIT3)
   
2. {
   
3.         //P1.3为高电平
   
4. }
   
5. else
   
6. {
   
7.         //P1.3为低电平
   
8. }

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示例 7）

假设我们已经配置P1.4作为输入，并且启用上拉电阻，我们要连续扫描P1.4，直到出现一个低电平的引脚。这可以实现如下：

1. P1DIR &= ~BIT4; //Configure P1.4 as Input
   
2. P1REN = BIT4; //Enable Pullup/down for P1.4
   
3. P1OUT = BIT4; //Select Pullup resistor for P1.4
   
4. 
   
5. if(..)
   
6. {
   
7.         while( !(P1IN & BIT4) ); //等待，直到P1.4为低电平
   
8.         /*do something after loop terminates*/
   
9. }

复制代码

天南地北客

MSP430单片机GPIO演示例程

注意：下面给出的示例采用的是默认的时钟速度。 我已经在MSP430G2231 / MSP430G2211上使用CCS V6.2.0测试了以下程序，但是它也可以在MSP430G2553 / MSP430G2452和其他兼容的单片机上工作。

Blinky示例代码

GPIO最常见的例子是LED闪烁。 在这里，我们在一个循环中驱动端口1（P1.0）的引脚0为高电平然后为低电平。 P1.0连接到Launchpad开发板上的LED1。 我们将使用内部函数__delay_cycles(unsigned long cycles) 。 显而易见的是，它以参数给出的时钟周期产生延迟时间。 但是，这不是推荐的产生延迟的方法，必须避免使用。 为了简洁起见，我在下面的例子中使用了它。 我们将在另一个教程中看到如何使用Timer来产生精确的延迟。

1. #include <msp430.h>
   
2. 
   
3. int main(void)
   
4. {
   
5.         WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; //Stop watchdog timer to Prevent PUC Reset
   
6.         P1DIR |= BIT0; //Configure P1.0 as Output
   
7.         
   
8.         while(1)
   
9.         {
   
10.                 P1OUT ^= BIT0; //Toggle P1.0 - LED Blinks
    
11.                 __delay_cycles(400000);
    
12.         
    
13.                 /* The above code is same as:
    
14.                 P1OUT |= BIT0; //Drive P1.0 HIGH - LED1 ON
    
15.                 __delay_cycles(400000);
    
16. 
    
17.                 P1OUT &= ~BIT0; //Drive P1.0 LOW - LED1 OFF
    
18.                 __delay_cycles(400000);        */
    
19.         }
    
20.         //return 0; //normally this won't execute
    
21. }

复制代码

使用按钮开关切换LED

在这个例子程序中，我们将P1.3配置为输入，并在引脚上监视它的低电平。 P.3连接到Launchpad开发板上的按钮开关（S2）。 我们将使用LED2即P1.6作为输出。 最初LED2被点亮。 每当我们按下按钮S2，它将切换LED状态。

1. #include <msp430.h>
   
2. 
   
3. int main(void)
   
4. {
   
5.         WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; //Stop watchdog timer to Prevent PUC Reset
   
6.         P1DIR &= ~BIT3 ; //explicitly making P1.3 as Input - even though by default its Input
   
7.         P1REN = BIT3; //Enable Pullup/down
   
8.         P1OUT = BIT3; //Select Pullup
   
9. 
   
10.         P1DIR |= BIT6; //Configuring P1.6(LED2) as Output
    
11.         P1OUT |= BIT6; //drive output HIGH initially
    
12. 
    
13.         while(1)
    
14.         {
    
15.                 if( !(P1IN & BIT3) ) //Evaluates to True for a 'LOW' on P1.3
    
16.                 {
    
17.                         P1OUT ^= BIT6; //Toggle the state of P1.6
    
18.                         while( !(P1IN & BIT3) ); //wait until button is released
    
19.                 }
    
20.         }
    
21.         //return 0; //this won't execute normally
    
22. }

复制代码

注意：使用开关作为输入将引起跳动，这是输入的虚假变化，直到开关的触点稳定。 这可以在软件或硬件中使用去抖技术过滤掉。 简单的硬件去抖技术包括带迟滞的RC滤波器（施密特触发器）。

按下按钮时，点亮LED打开，否则熄灭

现在让我们修改上面的例子，当按下按钮时，LED2会发光，释放或不按下时LED不会发光。 当没有按下开关时，内部上拉电阻将强制输入为高电平状态。

1. #include <msp430.h>
   
2. 
   
3. int main(void)
   
4. {
   
5.         WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; //Stop watchdog timer to Prevent PUC Reset
   
6.         P1DIR &= ~BIT3 ; //explicitly making P1.3 as Input - even though by default its Input
   
7.         P1REN = BIT3; //Enable Pullup/down
   
8.         P1OUT = BIT3; //Select Pullup
   
9. 
   
10.         P1DIR |= BIT6; //Configuring P1.6(LED2) as Output
    
11.         P1OUT &= ~BIT6; //Turn off LED2 initially
    
12.         
    
13.         while(1)
    
14.         {
    
15.                 if( !(P1IN & BIT3) )
    
16.                 {
    
17.                         P1OUT |= BIT6; //Input LOW - turn led ON
    
18.                 }
    
19.                 else
    
20.                 {
    
21.                         P1OUT &= ~BIT6; //Input HIGH - turn led OFF
    
22.                 }
    
23.         }
    
24.         
    
25.         //return 0; //normally this won't execute
    
26. }

复制代码