Analytics

среда, 10 октября 2012 г.

MSP430. Где купить.

Все до безобразия просто. Переходим на сайт https://estore.ti.com, ищем там "MSP430 LaunchPad Value Line Development kit" жмем "Купить", регистрируемся, оплачиваем и ждём.
Стоит эта радость всего-то 4 с копейками доллара, доставка FedEx'ом включена в стоимость.
За эти четыре доллара вы получаете:
  • Отладочную плату с USB-кабелем
  • Два микроконтроллера
  • Кварцевый генератор
  • Коннекторы для контактов на отладочной плате
  • И самое приятное - наклейки.
Все это упаковав в красивую коробочку вам отправят одной из лучших почтовых служб. Ко мне все это прямиком из техаса доехало за 5 дней, живу я совсем не в Москве, можно даже сказать - в глубинке. Почте России остается только завидовать.
В общем, все в ваших руках. Минимум расходов - максимум удовольствия :)

Лекция №03: Жонглируем битами

Теперь, когда мы с вами знаем, что такое регистры и за что они отвечают, самое время изучить механизм управления “переключателями”(изменения значений битов). Изучим мы этот механизм, разбирая реальную задачу. У нас имеется светодиод, одна нога которого соединена с P1.4(четвертый пин первого порта), а вторая - с “землей”(Vss). Если на P1.4 не подано напряжение, то ничего не происходит, но стоит только его подать, как светодиод тут же загорается. Исходя из того, что светодиод подключен к P1.4, становится очевидно: чтобы достичь желаемого результата, нам необходимо что-то сделать с четвертыми битами регистров, которые относятся к P1(Порту 1). Следует понимать, что, когда мы говорим “четвертый бит”, на самом деле он не является четвертым, так как нумерация битов начинается с 0, так что технически этот бит - пятый.

Перед тем как мы приступим к манипуляциям с нашими регистрами, стоит немного узнать о том, как 8-битные данные могут быть представлены. Вы, конечно же, можете использовать обычные цифры десятичной системы, к которым вы так привыкли, но, к сожалению, могут возникнуть проблемы с представлением 8-битных чисел в этой системе, потому что удобнее всего работать с 8-битными числами в системах счисления, основание которых кратно 8.

Проще писать эти значения в двоичной системе счисления: есть 8 цифр, каждая из них может принимать лишь два значения - 1 или 0. Чтобы отличать двоичные числа от десятичных, мы можем использовать префикс 0b(b - binary(двоичный)) к примеру - 0b10.

Ещё одна частоиспользуемая система счисления - шестнадцатеричная(англ.: hexadecimal). Эта система довольно удобна, так как любое 8-битное значение может быть представлено в виде двух символов, каждый из которых может принимать значение от “0” до “9” или от “a” до “f”. В качестве префикса для записи значений в этой системе счисления принят - 0x(hexadecimal), таким образом, число 2 в шеснадцатеричной системе будет выглядеть как 0x02, число 12 - 0x0c, становится очевидно, что сиволы a-f соответствуют числам 10-15 соответственно. 16-битные же значение в этой системе счисления после префикса содержат 4 цифры - ровно в два раза больше, нежели 8-битные, к примеру - 0x14da. В микроконтроллере MSP430 довольно много различных 16-битных значений, поэтому шестнадцатеричная система будет очень удобна. (Я прошу прощения, если у вас возникла путаница из-за того, что в своей предыдущей статье я использовал символ h после числа, для обозначения шестандцатеричных данных. Дело в том, что в документации TI в качестве обозначения шестнадцатеричного числа используется именно эта нотация, но тем не менее, мы все равно будем писать 0x, так как в текстах наших программ необходимо писать именно так. )
Помимо этих двух систем, вы можете использовать восьмеричную(с префиксом 0o), но, честно говоря, я ещё не встречал людей, которые так делают.

Ну что-ж, самое время разбавить сухую теорию небольшими практическими упражненями.

Использование двоичной системы счисления, как нельзя лучше помогает увидеть и понять, какие конкретно биты вы используете, какие из них «включены», какие «выключены», в общем ничего лучше и придумать нельзя. Однако, тут есть и подводные камни — при написании программного кода, вам пришлось бы вручную прописывать все значения этих регистров, а это ой как много писанины. Почему фраза «пришлось бы» в сослагательном наклонении? Потому что программисты из «Texas Instruments», изрядно нам в этом помогли написав для нас специальные заголовочные файлы, в которых всем нужным нам для работы адресам в памяти, уже назначены имена. Таким образом, при написании программы на языке C, нам достаточно подключить этот заголовочный файл, написав в самом начале программы соответствующую строчку(к примеру - #include <msp430g2001.h>). Эти заголовочные файлы, включают в себя короткие имена двоичных значений в которых все биты кроме значащих обнулены. К примеру, вместо того чтобы писать 0b00000100, мы можем написать BIT2, что, согласитесь, значительно быстрее и наглядней. Короткое имя BIT2 показывает нам что это набор из 8 бит, в котором все биты кроме значащего, в нашем случае — второго, равны нулю. Кстати говоря, нумерация битов не только начинается с нуля, но и считать и начинать считать их нужно с конца. Подобного рода короткие имена, есть в любом заголовочном файле и существуют для любого битового набора, начиная с BIT0(0b00000001) и заканчивая BIT7(0b10000000). А теперь, приступим!

Первое, что вам надо сделать для решения задачи со светодиодом - обозначить P1.4 как output, так мы сможем подавать напряжение через эту ножку к нашему светодиоду. Чтобы это сделать, вам необходимо установить значение 1 в четвертый бит регистра P1DIR. Существует три способа это сделать.

1. Явное присваивание


Если мы точно знаем, какое двоичное или шестнадцатеричное(да хоть десятичное) значение необходимо установить в нужный нам регистр, мы можем сделать это напрямую обратившись к регистру и установив необходимые биты. К примеру, строка

P1DIR = 0b00010000;

установит 1 в четвертый бит регистра P1DIR, а все остальные биты примут значение 0. Этот метод довольно неплох, для того, чтобы задать начальные значения регистров, с которыми по ходу программы будет работать наш процессор. Но если вы продолжите подобным образом изменять значения в последующем программном коде, у вас могут возникнуть проблемы, так как не всегда знаешь, какие биты вам нужно менять, а какие нет, какие уже изменили свое значение, что нужно сохранить, а что можно отбросить. Использование данной конструкции подобно лому - просто и наверняка. Что может быть проще, чем явное указание значения каждого бита? Но с такой же легкостью этот метод просто напросто “отключит” все остальные биты регистра, установив в них 0, так как вы сами ему это сказали. Только есть проблема: далеко не факт, что для корректной работы программы вам нужно их отключать. Существуют методы для более гибкого контроля этих значений. Их мы и рассмотрим чуть ниже. Кстати говоря, напоминаю об использовании коротких имен. Вышеуказанная строчка кода эквивалентна следующей:

P1DIR = BIT4;

Так как BIT4 является “именем” 8-битного значения 0b00010000

2. Сложение и вычитание


Если же вы точно не знаете, какое значение нам необходимо установить или вам необходимо просто поменять значение лишь одного бита, вы можете использовать обычное сложение. Да-да, просто сложение. Вам необходимо к регистру P1DIR прибавить этот бит(в следующем примере, символом “:” я обозначу те биты, значение которых нам неизвестно): 0b:::0:::: + 0b:::1:::: = 0b:::1::::
Таким же точно образом, мы можем изменить значение нашего регистра P1DIR просто написав следующее:

P1DIR += 0b00010000;

*(Смущает конструкция “+=”? Ничего страшного, в примечаниях к статье описано, что это за конструкция и как она работает)
Проблемы при использовании данного метода могут возникнуть, если вы попытаетесь установить значение 1 в бит, который был “включен” и до вас, тогда этот бит не только обернется в ноль, так ещё и следующий за ним бит изменит свое значение на 1(если конечно он уже не “включен”, тогда с ним произойдет то же самое, что и с предыдущим. Попробуйте поскладывать столбиком двоичные числа, вы поймете почему так происходит). То есть, ошибившись в данной операции, вы измените “направление” отнюдь не той ножки, которой хотели, но это приведет ошибкам в работе вашей программы. Так что использовать этот метод стоит очень внимательно. Кстати, эти операции так же применимы и к коротким именам. Т.е. конструкция

P1DIR += BIT4;
или
P1DIR -= BIT4;

будет работать без каких-либо проблем.

3. Логические операторы & и |


Во избежание проблем, связанных со сложением и вычитанием, мы можем воспользоваться логическими операциями. Предположим, у нас есть битовое значение “x”(x может быть как 1, так и 0, на данный момент это не так важно, так как мы рассматриваем общий случай). Логические операции И(and - &) и ИЛИ(or - |) позволяют нам указать точное значение для данного бита, независимо от того, в каком он сейчас состоянии. Таким образом, операция & возвращает значение 1 только в том случае, если ОБА её операнда имеют значение 1. Получается, что x & 0 = 0, и абсолютно не важно, какое в данный момент имеет значение бит “x”. Логическая операция | вернет нам единицу, если хотя бы один из операндов уже равен единице - x | 1 = 1 в независимости от состояния бита “x”. Отсюда же следует, что - x | 0 = x, ведь если бит “x” имеет значение 1, то логическая операция ИЛИ вернет вам туже самую единицу, ну а если “x” равен 0, то в числе операндов единица не значится, а из этого следует, что оператор возвращает тот же ноль, коим и является бит “x”. Каков же тогда будет результат операции P1DIR | 0b00010000? Биты 0-3 и 5-7 останутся неизменными(помните? | 0 никак не влияет на второй операнд), чего не скажешь про 4-й бит, он как раз таки однозначно примет значение 1(он, конечно же, может и так был единицей, но после этой операции, он точно станет равен 1). Теперь небольшой пример с операцией &: P1DIR &= 0b11101111. После выполнения данной операции четвертый бит в данном регистре обнулится, так как один из операндов равен нулю, а все остальные биты останутся неизменными. Почему? Потому что, как уже говорилось ранее, чтобы операция вернула 1, нужно чтобы оба операнда были 1, таким образом, если биты регистра изначально были равны единице, то они и останутся единицей, в противном случае, они как нулями были, так нулями и останутся. Да, и в этих операциях короткие имена наших битов будут работать. Чтобы больше не повторяться, запомните, что они вообще везде будут работать.

Домашнее задание №1: Вы можете встретить программный код, в котором для выполнения одной и той же задачи, используются разные методы - иногда это a + b, а иногда а | b. Подумайте, почему в некоторых случаях эти операции эквивалентны и в каких ситуациях вы бы НЕ стали использовать тот или иной способ.

4.  Логический оператор ^


Да-да, знаю. Я говорил что их три, а сам описываю уже четвертый. Но их на самом деле три. Эту логическую операцию, более правильно было бы описать в третьем блоке, просто я для удобства выделил её “особняком” так как она все-таки, пусть немного, но отличается от двух вышеописанных. Итак, операция эта называется ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ(XOR - ^). Если вы волею судеб оказались не знакомы с этим оператором, то, скорее всего, понять его суть будет несколько сложнее, чем все предыдущее, вместе взятые. Попробуем оттолкнуться от примеров из формальной логики, вероятно, так будет немного проще. Исключающее ИЛИ ведет себя идентично обычному ИЛИ за исключением одного лишь случая: когда оба бита являются единичными, эта функция возвращает нам ноль. Как же нам в этом разобраться? Представим, что “поднятый” бит символизирует о том, что наступило какое-то событие. Теперь представим, что оба операнда имеют значение 1. В случае обычного ИЛИ вам предоставляется выбор между двумя событиями, которые без всяких проблем могут существовать одновременно - вы можете выбрать или первое событие, или второе, суть одна - вы выбираете единицу. С исключающим же ИЛИ, все несколько сложнее: вам предоставляется выбор между двумя событиями, которые ну никак не могут произойти одновременно. Т.е. сложившаяся жизненная ситуация попросту неразрешима и вы лишаетесь выбора. Так как выбрав одно, вы исключаете возможность второго. То есть, выбирая единицу, вы исключаете из вариантов выбора единицу. Таким образом, единицу вы выбрать просто не можете. Тогда вам не остается ничего другого, кроме как ничего не делать - 0. Если вы не поняли о чем речь, то вам следует сесть и глубоко поразмыслить. Понимание таких вещей довольно важно. Если у вас все-таки совсем никак не получается осмыслить это, могу посоветовать лишь одно - поискать более доступное разъяснение исключающего ИЛИ в интернете.
Приведу табличку иллюстрирующую работу с оператором ^:


a b ^
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0


Так зачем же нужен этот оператор и почему я не описал его вместе с его собратьями & и |? А потому что, если два его брата нужны для того, чтобы напрямую устанавливать в конкретный бит конкретное значение, то этот нужен для того, чтобы это значение изменить на противоположное. Как щёлкнуть выключателем: щёлк - x = 1, щёлк ещё раз x = 0. Все, как видите, довольно просто и, что не менее важно, достаточно удобно.
Ну и, следуя традиции, приведу конкретный пример:

P1DIR ^= 0b00010000;

Щёлк - и четвертый бит нашего регистра изменил свое значение на противоположное. Всё просто!

Теперь в нашей программе надо инициализировать нашу ножку(P1.4) как output. Для этого мы пишем:

P1DIR = BIT4;

(Того же самого мы бы достигли используя логический оператор вместо присваивания: P1DIR |= BIT4;)
Значение, содержащееся в бите регистра P1OUT, может быть как единицей, так и нулём, но мы на всякий случай обнулим это значение, написав следующую строку:

P1OUT = 0;

(Вообще это не очень хороший тон, было бы куда лучше, если бы вы проинициализировали начальное состояние этого регистра ДО того как назначаете какую-либо ножку в режим “вывода”)
Теперь, когда все биты, включая бит нашей ножки, обнулены, светодиод, разумеется, выключен. Чтобы его включить необходимо ввести следующую строку:

P1OUT |= BIT4;

Чтобы снова выключить:

P1OUT &= ~BIT4;

(префикс ~ перед значением инвертирует все биты в этом значении. Все единицы становятся нулями, а все нули единицами)
Чтобы “пощёлкать выключателем”:

P1OUT ^= BIT4;

В качестве последнего примера, демонстрирующего мощь остальных методов жонглирования состояниями битов, давайте зажжем ещё и второй светодиод, который расположился на ножке P1.6:

Для начала назначим первоначальные состояния наших ножек как “выключены” и укажем им output-направление:

P1OUT = 0;
P1DIR = BIT4 + BIT6;

(Сложение двух битовых значений 0b00010000 и 0b01000000 в сумме дает 0b01010000. Как видите, все до безобразия просто)
Теперь мы можем включать и выключать их по отдельности:

P1OUT |= BIT4;    // P1.4 включен
P1OUT &= ~BIT4;    // P1.4 выключен
P1OUT |= BIT6;    // P1.6 включен
P1OUT &= ~BIT6;   // P1.6 выключен

Или вместе:

P1OUT |= BIT4 + BIT6;     // включить оба
P1OUT &= ~(BIT4 + BIT6);  // выключить оба

И, наконец, “пощёлкать” ими одновременно:

P1OUT ^= BIT4 + BIT6;     // вкл/выкл оба

Домашнее задание №2:  Напишите программу, которая бы зажигала два светодиода подключенные к P1.3 и P1.7. Начальное состояние светодиода на P1.3 должно быть “Выкл”, а на P1.7 - “Вкл”, после этого, напишите строчку “переключатель”, которая бы одновременно меняла состояние обоих светодиодов.


* += это сокращенный оператор языка С. Запись x += 1 эквивалентна следующей записи:  x = x + 1; её можно трактовать как: “С этого момента значением x является текущее значение x, увеличенное на единицу”.


Оригинал статьи: Tutorial 03: Flipping Bits
Перевод: Александр Мошкин
Коррекция: Алёна Ступникова
Следующая лекция: Лекция №04. Крутимся в цикле
Предыдущая лекция: Лекция №02. MSP430 Города и регистры.

вторник, 9 октября 2012 г.

Лекция №02: MSP430. Города и регистры.

Большинство статей, посвященные MSP430, что мне довелось видеть, почти с первых строк рассказывали об архитектуре процессора, адресации памяти, шинах данных и прочих технических штуках, которые, к сожалению, человеку без опыта в области электроники, довольно тяжело понять. В этой статье я попытаюсь объяснить вам азы, необходимые для начала работы с этим семейством микроконтроллеров(далее МК), без всяких заумных вещей типа биполярных соединений и тому подобного. Глубокие технические знания были бы очень полезны в тонкой настройке разрабатываемой системы или в программировании на ассемблере, но и элементарных знаний языка С достаточно, чтобы начать вполне комфортную и продуктивную работу.

Одна из особенностей, которая выделяет микроконтроллеры MSP430 из основной массы, - это фон-Неймановская архитектура: все данные, которыми может оперировать процессор, расположены в одном адресном пространстве. Остальные же микроконтроллеры отличаются в этом плане: их данные могут располагаться в различных адресных пространствах, что повышает эффективность, но изрядно усложняет работу с ними, а нам этого ой как не хочется. Чтобы быстро понять, о чем речь, можно представить себе микроконтроллер как город: в фон-Неймановских городах(как MSP430) все люди живут в одном городе и имеют свой собственный, уникальный адрес. Ну а, к примеру, в Гарвардской архитектуре городов несколько, поэтому адреса могут повторяться. Таким образом, если вы захотите отправить письмо по определенному адресу, сначала вам придется уточнить город.

Память
Адресное пространство MSP430 включает в себя область для хранения непосредственно самой программы, область для хранения данных, необходимых этой программе, оперативную память и прочую важную информацию, которую мы с вами рассмотрим чуть позже. Сегодня же всю вашу неуёмную тягу к знаниям мы будем удовлетворять изучением адресов в памяти, которые называются “регистрами”. Эти адреса как различные коммунальные и социальные службы (такие как почта или ЖКХ) в нашем небольшом MSP430-городке. В нашем же микроконтроллере регистрами контролируются различные функции процессора и периферии. Представьте себе помещение с множеством разных переключателей и кнопочек, от которых зависит включат ли завтра в вашем районе отопление или горячую воду - это и будут наши регистры. Как и любые другие выключатели, они имеют всего лишь два состояния - “включено” и “выключено”, говоря компьютерным языком - 1 и 0. В микроконтроллере же состояние регистров определяет как будет себя вести та или иная периферия, за что будет отвечать та или иная ножка вашего МК, что произойдет при наступлении определенного события, и так далее, и тому подобное. Регистры в MSP430 сгруппированы в 3 секции:
1) Регистр специальных функций (англ: special function registers (SFR)).
(прим. переводчика.: подобные аббревиатуры следует запоминать, или хотя бы записывать, в дальнейшем, они будут использоваться достаточно часто)
2) 8-битные регистры, для различной периферии процессора(для хранения “настроек” периферии которым, достаточно лишь 8 бит)
3) 16-битные регистры(то же самое, только выделяется 16 бит).  
В качестве примера, давайте взглянем на самого маленького представителя семейства MSP430, а именно - на микроконтроллер MSP430G2001. Откройте следующие документы: описание серии x2xx и спецификации G2x01.


Заметьте, что вышеуказанные ссылки могут быть несуществующими, такое случается, если “Texas Instruments” делает обновление документации. Проще всего отыскать эти документы, перейдя на официальный сайт TI и найти блок “Search by Part Number”. Для того, чтобы найти документацию по серии G2x01, достаточно ввести любую маркировку, которая попадает под эту маску, к примеру msp430g2001.


Давайте взглянем на четвертую часть первой главы(Address Space) описания серии x2xx(англ.: family guide), которая иллюстрируют нам карту нашего “городка” семейства x2xx.  Как вы видите, регистры SFR расположены, начиная с адреса 0h и заканчивая Fh (символ h указывает на то, что адрес написан в шестнадцатеричной системе исчисленgия; в десятеричной же они бы выглядели как 0 и 15).  Следующими идут 8-битные регистры; их адреса начинаются с 010h и заканчиваются адресом 0FFh (в десятичной системе: с 16 по 255), затем, с адреса 0100h по 01FFh идут 16-битные регистры. Вы, наверное, заметили огромное пустое место между областями оперативной и флэш памяти(прим.: не путайте flash-память с USB-накопителями или другими внешними накопительными устройствами, в данном случае, флэш-память - это “перепрограммируемая память”). Описание данной серии микроконтроллеров показывает нам те области памяти, которые относятся ко всему семейству x2xx, чтобы увидеть точные значения для какого-либо конкретного микроконтроллера, вам необходимо обратиться к спецификации этого чипа, называемой даташитом(англ.: datasheet - привыкайте к этому названию, везде используется именно оно).

Одиннадцатая страница даташита предоставляет нам карту распределения памяти, которая соответствует всем микроконтроллерам серии G2x01 и G2x11. Взглянув на столбик с G2001, можно увидеть, что сначала идут служебные регистры периферии(SFR, 8-bit, 16-bit)  затем идут 128 бит оперативной памяти. Адресное пространство, начиная с адреса 0201h и заканчивая 10FEh, пустое, после него мы видим 256-бит памяти, именуемые служебной областью памяти(эта область памяти хранит в себе калибрационные данные и прочие важные значения,которые необходимо сохранить, если питание к устройству перестало поступать. Обычно эти данные недоступны для перезаписи, но это не значит,что это невозможно при реальной необходимости, но это отдельная история, заслуживающая отдельной лекции). В итоге мы имеем 512 байт памяти для программного кода и, в довершение всему, память, которая выделена под векторы прерываний(но об этом тоже в другой лекции).

Регистры
Теперь мы с вами видим как выглядит изнутри наш “G2001-городок”, следовательно, нам следовало бы разобраться, как работать с теми самыми “домами с переключателями”, которые мы описали выше. Регистры в микроконтроллере MSP430 - это специальные секции в памяти, с помощью которых он конфигурируется и которые сообщают нам, когда случается что-то важное. Страница номер 10 нашего даташита показывает, какие регистры специальных функций(SFR) доступны в нашем G2001. Как мы видим, у этого устройства есть только четыре регистра спец. функций, расположенных по адресам с 0h по 3h: регистр разрешения прерываний 1 (англ.: Interrupt Enable 1(IE1)), регистр разрешения прерываний 2(IE2), и два регистра флагов прерываний IFR1 и IFR2 (англ.: Interrupt FlaG Register). Каждый адрес указывает на 1 байт в памяти, а в одном байте, как нам известно, - 8 бит. Помните наши “дома с переключателями”? Так вот, каждый бит в регистре выполняет роль одного переключателя. Таким образом, сам регистр является домом, а каждый его бит - переключателем, который имеет два состояния 0(выкл) и 1(вкл). Каждый из этих битов очень важен, состояние каждого из них так или иначе влияет на работу микроконтроллера и его поведение в целом. Страница 10 также показывает нам какие биты в этих регистрах доступны на нашем G2001.

В данном случае, в регистре IE1 нам доступны только 0, 1, 4 и 5 бит, в то время как в IFG1 нам доступны все биты с 0 по 5. В даташите содержится полная информация о том, какое имя носит каждый из этих бит и какую функцию он выполняет. К примеру, нулевой бит в регистре IE1 называется WDTIE - разрешение прерываний сторожевого таймера(англ.: WatchDog Timer Interrupt Enable). По умолчанию этот бит имеет значение 0, но если мы изменим его и установим в него 1, то мы позволим сторожевому таймеру “поднимать” флаг прерывания в регистре IFG1(бит под номером 0, если быть точнее), тем самым вызывая прерывание(как уже говорилось, что такое прерывания мы рассмотрим позже). Проще говоря, этот бит указывает нашему MSP430, может ли сторожевой таймер сигнализировать процессору о том, что нужно что-то сделать, или же он используется в обычном режиме. Тут, наверное, стоило бы пояснить, что такое сторожевой таймер и что есть “обычный” его режим. Сторожевой таймер необходим для того чтобы сбрасывать процессор в то состояние, в котором он был на момент подачи питания. Сбрасывает он его регулярно, с определенным интервалом. Зачем же это нужно? Если во время работы программы происходит какой-то сбой, то сторожевой таймер сбрасывает эту программу, чтобы она снова смогла работать. Разумеется, его можно отключить. Когда мы переводим сторожевой таймер в интервальный режим, то он вместо того, чтобы сбрасывать нашу программу, просто напросто посылает процессору сигнал. Как обрабатывать этот сигнал и что делать процессору при получении этого сигнала - это решение ложится на плечи программиста. Обычно это используется для того, чтобы совершать какие-либо цикличные действия. К примеру, в самом элементарном случае поморгать светодиодом, чем мы с вами вскоре и займемся.

Теперь взглянем на 14 страницу нашего даташита. Эта таблица предоставляет нам всю информацию о существующих периферийных “устройствах”, адреса их регистров и их имена.  Кстати говоря, внизу таблицы расположена информация и о SFR, которые мы не раз упоминали в данной статье.  Таким образом, когда вы захотите использовать какую-либо периферию вашего микроконтроллера, эта таблица будет вашей отправной точкой для того чтобы узнать какие именно “домики с переключателями” вам необходимо посетить, чтобы быть уверенным, что все ваши регистры настроены правильно. Сегодня мы с вами подробнее рассмотрим регистры предназначенные для порта 1(Port P1) и порта 2(Port P2), так как они являются основными элементами которые необходимы для работы с нашим микроконтроллером.

Порты это основные устройства ввода/вывода доступные на микроконтроллере, ввод/вывод производится через ножки(англ.: pin) вашего МК. Распиновку вашего устройства вы можете посмотреть на третьей странице даташита. Под портом обычно подразумевается набор из 8 пинов микроконтроллера. Но пинов у порта может быть и меньше, это бывает, если ножек просто напросто не хватает до полного набора. Распиновка, изображенная в даташите, показывает нам, что G2001 имеет полный набор из 8 ножек для порта 1(c P1.0 по P1.7) и две ножки для порта 2(с P2.6 по P2.7). Каждый регистр каждого порта имеет бит, который соотносится с соответствующей ножкой микроконтроллера. К примеру, P1.4 контролируется 4-м битом каждого регистра, который принадлежит порту 1(P1). Давайте познакомимся поближе с регистрами, которые предлагает нам микроконтроллер.

PxIN
Входной регистр, значения которого находятся в режиме “только для чтения”(англ.: read-only).  Если направление ножки было выбрано как “входящее”(англ.: INput), то значение этого регистра будет сообщать вам, подано ли в данный момент напряжение на эту ножку или же нет. Следует понимать, что чтение значения регистра PxIN возвращает вам данные по всем ножкам соответствующего порта за раз. Не стоит так же забывать и то, что это цифровая технология, поэтому каждый считанный бит может быть только в двух состояниях: 1 или 0. Эти значения показывают нам, какое напряжение подано на ножку: Vss(если значение 0) или же Vcc(если значение 1), значение 0 принимается в том случае, если поданное напряжение ниже 1.8 вольт(Vss < 1.8В), ну а значение 1 принимается в том случае, если поданное напряжение попадает в рамки между 1.8 и 3.6 вольт(1.8В <= Vcc <= 3.6В). Во избежание нанесения ущерба вашему устройству НИКОГДА не пытайтесь напрямую подавать напряжение выше верхнего порога Vcc. Если говорить в двух словах - Vcc это вольтаж, а Vss - земля.

PxOUT
Выходной регистр, доступный для записи. Когда определенный пин вашего микроконтроллера установлен в “режим вывода”(англ.: OUTput), вы можете подавать на него напряжение, просто установив соответствующему биту в этом регистре значение 1. Так же как и в регистре PxIN при значении 0 на ножку подается напряжение с Vss, если 1 - Vcc.

PxDIR
Регистр направления(англ.: DIRection), определяет пин в режим ввода, если в соответствующем бите данного регистра установлено значение 0 и в режим вывода, если 1. В самом начале вашей программы следует указать все направления пинов, которые вы планируете использовать. Разумеется, это не значит, что вы не можете изменить эти значения где-нибудь в середине программы.

PxIE, PxIES, и PxIFG
Следующие три регистра, которые имеются у наших портов: регистр разрешения прерываний(англ.: Interrupt Enable (IE)), контрольный регистр прерываний(англ.: Interrupt Edge Select (IES)) и регистр флагов прерываний(англ.: Interrupt FlaG (IFG)). Мы рассматриваем эти три регистра вместе, так как работа с любым из этих регистров, предполагает работу с двумя оставшимися, они неразрывны друг с другом.  Что такое прерывание? В настоящий момент вам достаточно будет просто представить, что это некое сообщение, посылаемое процессору, при получении которого он приостанавливает все свои дела и начинает выполнять те действия, которые предписаны на выполнение при получении оного. Как только он завершит обработку прерывания, процессор как ни в чем не бывало возвращается к своей предыдущей работе и продолжает выполнение основной программы. Чтобы разрешить определенному пину вашего порта генерировать прерывания, вы просто “поднимаете”(устанавливаете значение 1) соответствующий этой ножке бит в регистре разрешения прерываний(PxIE где x - номер порта). Контрольный регистр прерываний(PxIES) содержит в себе контрольные биты(edge-bits), с которыми сравнивается текущее состояние регистра PxIN. Проще говоря, если у вас есть ножки, которые в регистре PxDIR назначены в input-режим(битам, соответствующим ножкам назначено значение 0), то регистр PxIN сравнивается по битам со всеми значениями регистра PxIES и если случается так, что значения соответствующих битов в этих регистрах имеют разное значение, то следующее, что делает процессор - это проверяет, разрешены ли для этих ножек прерывания - сравнивает с регистром PxIE,- и если прерывания разрешены - генерируется прерывание, а это, в свою очередь, ни что иное как “поднятие” соответствующих битов в регистре PxIFG(регистр флагов прерываний).
Ещё раз вкратце: прерывание для определенной ножки вашего микроконтроллера считается сгенерированным, если в регистре PxIFG поднят флаг(бит принял значение 1) который своим порядковым номером соответствует этой ножке. Биты регистр PxIE определяют, какие вообще ножки вашего микроконтроллера имеют право поднимать эти флаги, если в регистре PxIE бит с порядковым номером 0 имеет значение 0, то эта ножка попросту не имеет доступа к регистру PxIFG, а следовательно, не может генерировать прерывания. В регистре PxIES хранятся контрольные значения. Процессор сравнивая регистры PxIN и PxIES генерирует прерывания для ножек, значения битов которых в этих регистрах разнятся.

В силу того что я не очень хорошо разбираюсь в подобных нюансах, при переводе я допустил несколько грубых ошибок. Особенно это касается регистра PxIES. В комментариях есть более  правильно объяснение того, за что отвечает этот регистр. К сожалению, я пока ещё сам его не понял. Так что, как только все прояснится, обещаю внести поправки в статью. Пока - довольствуемся комментарием :)

PxSEL
Если снова взглянуть на третью страницу нашего даташита, где изображена распиновка нашего микроконтроллера, можно заметить, что каждая ножка имеет несколько функций, которые разделены слэшем. Этот регистр выбора(англ.: SELection Register) определяет, какую функцию тот или иной пин будет выполнять. Функция, которую та или иная ножка выполняет по умолчанию, указана первой - так мы можем заметить, что все ножки первого порта(P1) по умолчанию настроены просто на ввод и вывод(I/O - Input/Output), в то время как ножки P2 по умолчанию подключены к кварцевому генератору. Изменение битов в PxSEL поменяет основную функцию соответствующей ножки. Все это мы рассмотрим позднее, сейчас же наша основная задача - научиться использовать стандартные функции, которые предопределены в этом регистре.

PxREN
Регистр включения резисторов(англ.: Resistor ENable register) - очень удобная функция портов. Иногда необходимо вручную подать напряжение или же напротив, прекратить подачу оного. К примеру если вы подключите к вашему микроконтроллеру какую-нибудь кнопку. Регистр включения резисторов предоставляет вам эту возможность. Когда бит, соответствующий вашей ножке в этом регистре “поднят”, подача может регулироваться установкой этого же бита в регистре PxOUT в 1 или 0.

Ну что же, мы рассмотрели некоторые доступные нам “переключатели”, поэтому, чтобы закрепить пройденное, в следующей статье мы рассмотрим как их использовать при написании нашей программы и загрузке её на наше устройство.



Оригинал статьи: Tutorial 02: The MSP430 Township and Registers
Перевод: Александр Мошкин
Коррекция: Алёна Ступникова