第2講MSP430單片機(jī)的GPIO與中斷系統(tǒng)

3.1通用IO端口3.1.1MSP430端口概述通用I/O端口是MSP430單片機(jī)最重要也是最常用的外設(shè)模塊。通用I/O端口不僅可以直接用于輸入/輸出，而且可以為MSP430單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提供必要的邏輯控制信號(hào)。MSP430F5xx/6xx系列單片機(jī)最多可以提供12個(gè)通用I/O端口（P1～P11和PJ），大部分端口有8個(gè)引腳，少數(shù)端口引腳數(shù)少于8個(gè)。每個(gè)I/O引腳都可以被獨(dú)立地設(shè)置為輸入或者輸出引腳，并且每個(gè)I/O引腳都可以被獨(dú)立地讀取或者寫入，所有的端口寄存器都可以被獨(dú)立地置位或者清零。P1~P4引腳具有中斷能力。從P1和P2端口的各個(gè)I/O引腳引入的中斷可以獨(dú)立地被使能，并且被設(shè)置為上升沿或者下降沿觸發(fā)中斷。所有P1端口的I/O引腳的中斷都來源于同一個(gè)中斷向量P1IV。同理，P2端口的中斷源都來源于另一個(gè)中斷向量P2IV。可以對每個(gè)獨(dú)立的端口進(jìn)行字節(jié)訪問，或者將兩個(gè)結(jié)合起來進(jìn)行字訪問。端口組合P1和P2、P3和P4、P5和P6、P7和P8可結(jié)合起來稱為PA、PB、PC和PD端口。當(dāng)進(jìn)行字操作寫入PA口時(shí)，所有的16位數(shù)據(jù)都被寫入這個(gè)端口；利用字節(jié)操作寫入PA端口低字節(jié)時(shí)，高字節(jié)保持不變；利用字節(jié)指令寫入PA端口的高字節(jié)時(shí)，低字節(jié)保持不變。其他端口也是一樣。當(dāng)寫入的數(shù)據(jù)長度小于端口的最大長度時(shí)，那些沒有用到的位保持不變。應(yīng)用這個(gè)規(guī)則來訪問所有端口，除了中斷向量寄存器P1IV和P2IV，它們只能進(jìn)行字節(jié)操作。13.1通用IO端口3.1.1MSP430端口概述GPIO基本都是用于芯片與片外器件或設(shè)備的交互。檢測數(shù)字輸入，如鍵盤或開關(guān)信號(hào)；驅(qū)動(dòng)LED，蜂鳴器或LCD等其他指示器；控制片外器件，較高級(jí)的使用可以用它們（通過程序）模擬很多器件的時(shí)序達(dá)到控制相應(yīng)器件的目的，比如模擬SPI和模擬總線等。GPIO(GeneralPurposeI/O)，通用輸入輸出端口。2MSP430的GPIO特點(diǎn)（1/4）2024/2/263

有端口P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、S和COM。產(chǎn)品因型號(hào)不同可包含上述所有或部分端口。如下表所示：MSP430的GPIO特點(diǎn)（2/4）2024/2/264具有中斷能力的端口：P1~P4。端口P1~P4具有輸入輸出、中斷和外部模塊功能。這些功能可以通過它們各自9個(gè)控制寄存器的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)。所有P1端口的I/O引腳的中斷都來源于同一個(gè)中斷向量P1IV。同理，P2端口的中斷源都來源于另一個(gè)中斷向量P2IV。不具有中斷能力的端口：其他端口

P5和其他端口沒有中斷能力，其余功能同P1~P4，可以實(shí)現(xiàn)輸入／輸出功能和外圍模塊功能。端口COM和S

這些端口實(shí)現(xiàn)與液晶片的直接接口。COM端口為液晶片的公共端，S口為液晶片的段碼端。MSP430的GPIO特點(diǎn)（3/4）功能豐富2024/2/265MSP430各端口和功能，如下表所示：端口引腳還可以獨(dú)立的配置成特殊功能，例如：USART–通用串行同步/異步通信模塊；模擬信號(hào)比較器；模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器；其他功能(請參見具體芯片的數(shù)據(jù)手冊)。MSP430的GPIO特點(diǎn)（4/4）寄存器豐富2024/2/266MSP430各種端口有大量的控制寄存器供用戶操作。最大限度提供了輸入/輸出的靈活性。每個(gè)I/O口都可以獨(dú)立編程。輸入或輸出可任意組合。P1和P2所有I/O口都具有邊沿可選的輸入中斷功能?？梢园醋止?jié)輸入輸出，也可按位進(jìn)行操作。可設(shè)置I/O口的上拉或下拉功能。可配置I/O驅(qū)動(dòng)能力（高驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度或低驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度）。GPIO寄存器（1/9）2024/2/267PxDIR輸入／輸出方向寄存器相互獨(dú)立的8位分別定義了8個(gè)引腳的輸入/輸出方向。使用輸入和輸出功能時(shí)，應(yīng)該先定義端口的方向。PxDIR配置：

Bit=1:將端口引腳設(shè)置為輸出模式；

Bit=0:將端口引腳設(shè)置為輸入模式。例，設(shè)置P1端口的P1.0引腳為輸出方向，其余引腳（P1.1~P1.7）設(shè)置為輸入方向。 P1DIR=0x01;//設(shè)置P1端口P1.0引腳為輸出方向GPIO寄存器（2/9）2024/2/268PxIN輸入寄存器該寄存器是只讀寄存器，即用戶不能對它寫入。這個(gè)寄存器是只讀的，其中的每一位都反映了其對應(yīng)的I/O引腳的輸入信號(hào)(引腳配置為通用I/O)。PxIN配置: Bit=1:輸入為高電平; Bit=0:輸入為低電平;GPIO寄存器（3/9）2024/2/269PxOUT輸出寄存器輸出寄存器是可讀可寫的。這個(gè)寄存器的每個(gè)位都反映了寫入相應(yīng)輸出引腳的值。將需要的值寫入該寄存器，控制輸出引腳的電平狀態(tài)。PxOUT配置: Bit=1:輸出為高電平; Bit=0:輸出為低電平;PxREN寄存器中的每一位可使能或禁用相應(yīng)I/O引腳的上拉/下拉電阻。PxREN配置: Bit=1:使能上拉/下拉電阻; Bit=0:禁用上拉/下拉電阻。當(dāng)使能引腳上拉或下拉功能時(shí)，通過設(shè)置PxOUT相應(yīng)位來選擇。GPIO寄存器（4/9）2024/2/2610PxREN上拉或下拉電阻使能寄存器Bit=1:引腳選擇上拉;上拉電阻簡單來說就是把電平拉高，通常用4.7－10K的電阻接到Vcc電源。VCC引腳Px.xRR引腳上拉PxREN寄存器中的每一位可使能或禁用相應(yīng)I/O引腳的上拉/下拉電阻。PxREN配置: Bit=1:使能上拉/下拉電阻; Bit=0:禁用上拉/下拉電阻。當(dāng)使能引腳上拉或下拉功能時(shí)，通過設(shè)置PxOUT相應(yīng)位來選擇。GPIO寄存器（4/9）2024/2/2611PxREN上拉或下拉電阻使能寄存器Bit=1:引腳選擇上拉上拉電阻簡單來說就是把電平拉高，通常用4.7－10K的電阻接到Vcc電源。Bit=0:引腳選擇下拉;下拉電阻則是把電平拉低，電阻接到GND地線上。VCC引腳Px.xRR引腳下拉GPIO寄存器（5/9）2024/2/2612PxSEL功能選擇寄存器I/O端口還具有其他片內(nèi)外設(shè)功能，為減少引腳，將這些外設(shè)功能與I/O端口引腳復(fù)用來實(shí)現(xiàn)。PxSEL來選擇引腳的I/O端口功能與外圍模塊功能。PxSEL的配置: Bit=0:選擇引腳為I/O端口; Bit=1:選擇引腳為外設(shè)功能。GPIO寄存器（6/9）2024/2/2613PxDS輸出驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度寄存器PxDS寄存器的每個(gè)位，設(shè)置引腳的輸出強(qiáng)度為高驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度或低驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度。默認(rèn)值為低驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度。PxDS的配置: Bit=0:低驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度；

Bit=1:高驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度。GPIO寄存器（7/9）2024/2/2614PxIE中斷使能寄存器（僅中斷端口P1和P2）該寄存器的8位與端口的8個(gè)引腳一一對應(yīng)，其中某一位置位表示允許對應(yīng)的引腳在電平變化（上升沿或下降沿）時(shí)產(chǎn)生中斷，否則，表示禁止該位的中斷。每個(gè)PxIE位使能的中斷請求都與相應(yīng)的PxIFG中斷標(biāo)志相關(guān)聯(lián)，可通過寫PxOUT和PxDIR來設(shè)置PxIFG。PxIE的配置: Bit=1:允許中斷；

Bit=0:禁止中斷。GPIO寄存器（8/9）2024/2/2615PxIES中斷觸發(fā)沿選擇寄存器（僅中斷端口P1和P2）如果允許Px口的某個(gè)引腳中斷(即PxIE和GIE已設(shè)置)，還需定義該引腳的中斷觸發(fā)方式。該寄存器可讀可寫，寄存器的8位分別對應(yīng)Px口8個(gè)引腳PxIES的配置: Bit=1:下降沿使相應(yīng)中斷標(biāo)志置位；

Bit=0:上升沿使相應(yīng)中斷標(biāo)志置位。GPIO寄存器（9/9）2024/2/2616PxIFG中斷標(biāo)志寄存器（僅中斷端口P1和P2）該寄存器用來表示對應(yīng)引腳是否產(chǎn)生了由PxIES設(shè)定的電平跳變。如果在GIE置位，引腳對應(yīng)的中斷使能寄存器PxIE位置位，則會(huì)向CPU請求中斷處理。中斷標(biāo)志PxIFG.0～PxIFG.7共用一個(gè)中斷向量，PxIFG.0～PxIFG.7不會(huì)自動(dòng)復(fù)位。必須用軟件來判定是對哪一個(gè)事件服務(wù)，并將相應(yīng)的標(biāo)志復(fù)位。PxIFG的配置: Bit=0:沒有中斷請求；

Bit=1:有中斷請求。4.1中斷的基本概念1．中斷定義

中斷是暫停CPU正在運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，完畢后返回被中斷的程序繼續(xù)運(yùn)行的現(xiàn)象和技術(shù)。2．中斷源

把引起中斷的原因或者能夠發(fā)出中斷請求的信號(hào)源統(tǒng)稱為中斷源。中斷首先需要由中斷源發(fā)出中斷請求，并征得系統(tǒng)允許后才會(huì)發(fā)生。在轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序前，程序需保護(hù)中斷現(xiàn)場；在執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，應(yīng)恢復(fù)中斷現(xiàn)場。中斷源一般分成兩類：外部硬件中斷源和內(nèi)部軟件中斷源。外部硬件中斷源包括可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷。內(nèi)部軟件中斷源產(chǎn)生于單片機(jī)內(nèi)部，主要有以下3種：①由CPU運(yùn)行結(jié)果產(chǎn)生；②執(zhí)行中斷指令I(lǐng)NT3；③使用DEBUG中單步或斷點(diǎn)設(shè)置引起。173．中斷向量表4.1中斷的基本概念

中斷向量是指中斷服務(wù)程序的入口地址，每個(gè)中斷向量被分配給4個(gè)連續(xù)的字節(jié)單元，兩個(gè)高字節(jié)單元存放入口的段地址CS，兩個(gè)低字節(jié)單元存放入口的偏移量IP。為了讓CPU方便地查找到對應(yīng)的中斷向量，就需要在內(nèi)存中建立一張查詢表，即中斷向量表。4．中斷優(yōu)先級(jí)

凡事都有輕重緩急之分，不同的中斷請求表示不同的中斷事件，因此，CPU對不同中斷請求相應(yīng)地也有輕重緩急之分。在單片機(jī)中，給每個(gè)中斷源指定一個(gè)優(yōu)先級(jí)，稱為中斷優(yōu)先級(jí)。5．?dāng)帱c(diǎn)和中斷現(xiàn)場

斷點(diǎn)是指CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序被中斷時(shí)的下一條指令的地址，又稱斷點(diǎn)地址。

中斷現(xiàn)場是指CPU在轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序前的運(yùn)行狀態(tài)，包括CPU狀態(tài)寄存器和斷點(diǎn)地址等。4.2MSP430單片機(jī)中斷源MSP430單片機(jī)的中斷源結(jié)構(gòu)如圖4.2.1所示。MSP430單片機(jī)的中斷優(yōu)先級(jí)是固定的，由硬件確定，用戶不能更改。當(dāng)多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生中斷請求時(shí)，CPU按照中斷優(yōu)先級(jí)的高低順序依次響應(yīng)。MSP430單片機(jī)包含3類中斷源：系統(tǒng)復(fù)位中斷源、不可屏蔽中斷源和可屏蔽中斷源。圖4.2.1MSP430單片機(jī)的中斷源結(jié)構(gòu)MSP430單片機(jī)的中斷向量表被安排在0FFFFH～0FF80H空間，具有最大64個(gè)中斷源。表4.2.1為MSP430單片機(jī)的中斷向量表。4.2MSP430單片機(jī)中斷源中斷源中斷標(biāo)志位中斷類型中斷向量地址優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)復(fù)位WDTIFG,KEYV(SYSRSTIV)系統(tǒng)復(fù)位中斷0FFFEh63(最高)系統(tǒng)不可屏蔽中斷SVMLIFG,SVMHIFG,DLYLIFG,DLYHIFG,VLRLIFG,VLRHIFG,VMAIFG,JMBNIFG,JMBOUTIFG(SYSSNIV)不可屏蔽中斷0FFFCh62用戶不可屏蔽中斷NMIIFG,OFIFG,ACCVIFG,BUSIFG(SYSUNIV)不可屏蔽中斷0FFFAh61比較器BCBIV可屏蔽中斷0FFF8h60TB0TB0CCR0CCIFG0可屏蔽中斷0FFF6h59TB0TB0CCR1CCIFG1到TB0CCR6CCIFG6,TB0IFG(TB0IV)可屏蔽中斷0FFF4h58看門狗定時(shí)器WDTIFG可屏蔽中斷0FFF2h57USCIA0接收/發(fā)送UCA0RXIFG,UCA0TXIFG(UCA0IV)可屏蔽中斷0FFF0h56USCIB0接收/發(fā)送UCB0RXIFG,UCB0TXIFG(UCB0IV)可屏蔽中斷0FFEEh55ADC12_AADC12IFG0toADC12IFG15(ADC12IV)可屏蔽中斷0FFECh54TA0TA0CCR0CCIFG0可屏蔽中斷0FFEAh53TA0TA0CCR1CCIFG1到TA0CCR4CCIFG4,TA0IFG(TA0IV)可屏蔽中斷0FFE8h52USB_UBMUSBIV可屏蔽中斷0FFE6h51DMADMA0IFG,DMA1IFG,DMA2IFG(DMAIV)可屏蔽中斷0FFE4h50TA1TA1CCR0CCIFG0可屏蔽中斷0FFE2h49TA1TA1CCR1CCIFG1到TA1CCR2CCIFG2,TA1IFG(TA1IV)可屏蔽中斷0FFE0h48P1端口P1IFG.0toP1IFG.7(P1IV)可屏蔽中斷0FFDEh47USCI_A1接收/發(fā)送UCA1RXIFG,UCA1TXIFG(UCA1IV)可屏蔽中斷0FFDCh46USCI_B1接收/發(fā)送UCB1RXIFG,UCB1TXIFG(UCB1IV)可屏蔽中斷0FFDAh45TA2TA2CCR0CCIFG0可屏蔽中斷0FFD8h44TA2TA2CCR1CCIFG1到TA2CCR2CCIFG2,TA2IFG(TA2IV)可屏蔽中斷0FFD6h43P2端口P2IFG.0到P2IFG.7(P2IV)可屏蔽中斷0FFD4h42RTC_ARTCRDYIFG,RTCTEVIFG,RTCAIFG,RT0PSIFG,RT1PSIFG(RTCIV)可屏蔽中斷0FFD2h41保留保留0FFD0h40……0FF80h0(最低)表4.2.1MSP430中斷向量表4.3中斷響應(yīng)過程

中斷響應(yīng)過程為從CPU接收一個(gè)中斷請求開始至執(zhí)行第一條中斷服務(wù)程序指令結(jié)束，共需要6個(gè)時(shí)鐘周期。中斷響應(yīng)過程如下：①執(zhí)行完當(dāng)前正在執(zhí)行的指令；②將程序計(jì)數(shù)器（PC）壓入堆棧，程序計(jì)數(shù)器指向下一條指令；③將狀態(tài)寄存器（SR）壓入堆棧，狀態(tài)寄存器保存了當(dāng)前程序執(zhí)行的狀態(tài)；④如果有多個(gè)中斷源請求中斷，選擇最高優(yōu)先級(jí)，并掛起當(dāng)前的程序；⑤清除中斷標(biāo)志位，如果有多個(gè)中斷請求源，則予以保留等待下一步處理；⑥清除狀態(tài)寄存器SR，保留SCG0，因而CPU可從任何低功耗模式下喚醒；⑦將中斷服務(wù)程序入口地址加載給程序計(jì)數(shù)器（PC），轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。中斷響應(yīng)過程示例圖如圖4.3.1所示。圖4.3.1中斷響應(yīng)過程示例圖4.4中斷返回過程

通過執(zhí)行中斷服務(wù)程序終止指令（RETI）開始中斷的返回，中斷返回過程需要5個(gè)時(shí)鐘周期，主要包含以下過程：①從堆棧中彈出之前保存的狀態(tài)寄存器給SR；②從堆棧中彈出之前保存的程序計(jì)數(shù)器給PC；③繼續(xù)執(zhí)行中斷時(shí)的下一條指令。中斷返回過程示意圖如圖4.4.1所示。圖4.4.1中斷返回過程示意圖4.5中斷嵌套

由中斷響應(yīng)過程可知，當(dāng)進(jìn)入中斷入口后，MSP430單片機(jī)會(huì)自動(dòng)清除總中斷允許標(biāo)志位GIE，也就是說，MSP430單片機(jī)的中斷默認(rèn)是不能發(fā)生嵌套的，即使高級(jí)中斷也不能打斷低級(jí)中斷的執(zhí)行，這就避免了當(dāng)前中斷未完成時(shí)進(jìn)入另一個(gè)中斷的可能。如圖4.5.1（a）所示，如果在執(zhí)行中斷服務(wù)程序A時(shí)，發(fā)生了中斷請求B，B的中斷標(biāo)志位置1，但不會(huì)立即響應(yīng)B的中斷，需自動(dòng)等待A執(zhí)行完成返回后（GIE自動(dòng)恢復(fù)），才進(jìn)入B的中斷服務(wù)程序。如圖4.5.1（b）所示，如果在執(zhí)行中斷服務(wù)程序A時(shí)，有多個(gè)中斷發(fā)生，會(huì)在A中斷執(zhí)行完畢后，依照中斷優(yōu)先級(jí)由高至低的順序依次執(zhí)行各個(gè)待執(zhí)行的中斷服務(wù)程序。圖4.5.1多種中斷發(fā)生情況示意圖4.5中斷嵌套

由以上兩種情況可知，先發(fā)生的中斷將會(huì)導(dǎo)致后發(fā)生的中斷處理延遲。為了避免這種情況，要求所有的中斷都盡快執(zhí)行完畢，則需允許中斷的嵌套，如圖4.5.1（c）所示。這種情況需要在所有的中斷入口處都加一句開中斷的語句：_EINT()，恢復(fù)總的中斷允許。中斷嵌套被允許后，所有中斷能夠立即被執(zhí)行，因此，能夠保證事件的嚴(yán)格實(shí)時(shí)性要求。以ADC中斷為例：#pragmavector=ADC12_VECTOR__interruptvoidADC12_ISR(void){_EINT();……}中斷函數(shù)的寫法：

#pragmavector=PORT1_VECTOR__interruptvoid

port_1(void)語法：interruptvoid函數(shù)名（）參數(shù)：中斷函數(shù)沒有參數(shù)。中斷函數(shù)需要指定中斷向量。返回：中斷返回一般是void，沒有返回值。4.5中斷函數(shù)的寫法【例4.1.1】在MSP430單片機(jī)系統(tǒng)中，P1.5、P1.6、P1.7發(fā)生中斷后執(zhí)行不同的代碼。#pragmavector=PORT1_VECTOR //P1口中斷源__interruptvoidPort_1(void)//聲明一個(gè)中斷服務(wù)程序，名為Port_1(){ if(P1IFG&BIT5) //判斷P1中斷標(biāo)志第5位

{

…… //在這里寫P1.5中斷服務(wù)程序

} if(P1IFG&BIT5) //判斷P1中斷標(biāo)志第6位

{

…… //在這里寫P1.6中斷服務(wù)程序

} if(P1IFG&BIT5) //判斷P1中斷標(biāo)志第7位

{

…… //在這里寫P1.7中斷服務(wù)程序

} P1IFG=0; //清除P1所有中斷標(biāo)志位}4.2

按鍵查詢【例4.1.2】利用軟件循環(huán)查詢P4.2引腳的輸入狀態(tài)，若P4.2輸入為高電平，則使P4.4輸出高電平；若P4.2輸入為低電平，則使P4.4輸出低電平。#include<msp430f6638.h>voidmain(void){WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//關(guān)閉看門狗

P4DIR|=BIT4;//設(shè)P4.4為輸出方向

P4DIR&=~BIT2;

//設(shè)P4.2為輸入方向

while(1)//循環(huán)查詢P4.2引腳輸入狀態(tài)

{if((P4IN&BIT2)==0)P4OUT|=BIT4;//如果P4.2輸入為高，則使P4.4輸出高

elseP4OUT&=~BIT4;//否則，使P4.4輸出低電平

}}4.6按鍵中斷【例4.1.3】利用按鍵外部中斷方式，實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)P4.4引腳輸出狀態(tài)。P4.2選擇GPIO功能，內(nèi)部上拉電阻使能，且使能中斷。當(dāng)P4.2引腳上產(chǎn)生下降沿時(shí)，觸發(fā)P4端口外部中斷，在中斷服務(wù)程序中，反轉(zhuǎn)P4.4端口輸出狀態(tài)。#include<msp430f6638.h>voidmain(void){WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//關(guān)閉看門狗

P4DIR|=BIT4;//設(shè)置P4.4引腳為輸出P4DIR&=~BIT2;//設(shè)P4.2為輸入方向

P4REN|=BIT2;P4OUT|=BIT2;//以上兩句組合功能為使能P4.2引腳上拉電阻

P4IES|=BIT2;//P4.2中斷下降沿觸發(fā)

P4IFG&=~BIT2;//清除P4.2中斷標(biāo)志位

P4IE|=BIT2;//P4.2中斷使能

__bis_SR_register(LPM4_bits+GIE);//進(jìn)入LPM4，并使能全局中斷}#pragm