MSP430開発入門講座(1) ボタンでLEDをon/off(GPIO) Feb/2024

概要

基礎の基礎『ボタンを押したら緑点灯/赤消灯, 離したらその逆』を作ります。大まかなポイントは次のとおり。

ピンの設定をする。
入力ピン(ボタン)を読む。
出力ピンに出力する。

ピンの設定をする

PxSEL, P1SEL2: どのペリフェラルに割り当てるのか。

多くのマイコンは1本のピンに複数の役割が割り当てられており、使う前にプログラム中で設定する必要があります (注: MSP430は違いますが、一部のマイコンにはプログラム中からは設定不可能で、プログラムを書き込み時に行うものもあります)。 MSP430の場合、ピン機能の設定を行うのは PxSEL, PxSEL2 レジスタ(x はポート番号で1か2)です。

具体的にどのような値にするかというと (MSP430 は品種毎にピン機能が変わってきますので)、個別品種のデータシートを見る必要があります。例えばLaunchPad付属の MSP430G2231 を使うなら msp430g2231.pdf です。一番最後の方の “APPLICATION INFORMATION” の表に具体的な設定例が書いてあります(Table 13〜)。

では実際の例で考えましょう。LaunchPad を見ると、シルク印刷から LED はP1.0, P1.6 (それぞれ、ポート1の第0ビット、ポート1の第6ビット)につながっており、タクトスイッチはP1.3につながっていることがわかります。では、まず P1.0 を出力ポートに設定しましょう。 msp430g2231.pdf の Table 13 にはこんなふうに書いてあります。 (あ、このデバイスには PxSEL2 はないのね。)

ポートP1, bit0の機能(msp430g2231.pdfより抜粋)

PIN NAME(P1.x)	FUNCTION	P1DIR.x	P1SEL.x
P1.0/	P1.0(I/O)	I: 0; O: 1;	0
TA0CLK/	TA0CLK	0	1
ACLK	ACLK	1	1

FUNCTION列とP1SEL.x列に注目してください。今はディジタルI/Oポートとして使いたいので、 [FUNCTION]↓[P1.0(I/O)]→と目を動かすと P1SEL0 を 0 にすればいいことがわかります。同様にもう一つの LED とタクトスイッチについても、 P1SEL.6=0, P1SEL.3=0 ということがわかります。以上を行うには次のようなコードを書けばいいです。

P1SEL &= ~(BIT0 + BIT6 + BIT3);

え? BIT0, BIT6, BIT3 って(想像はつくけど)何よ、ですか? これらは mspgcc の中で定義されている定数です。詳しくは /opt/msp430-gcc-4.4.3/msp430/include/を探索してください。はい、ご想像のとおりの値です。

ところで、これらの設定(P1SEL.x = 0)は、 実はデフォルト(正しくは PUC (power up clear) 時設定なので、電源入れてそのまま使う分には必要ありません。

PxDIR: 入力か、出力か

これは単純。 PxDIR が 0 のビットは入力ピン。1のビットは出力ピンになります。 デフォルト(PUC時設定)は0です。

今回は P1.0, P1.6 が LED なので出力、P1.3 がスイッチなので入力です。だからこんなコードになります。

P1DIR |= BIT0 + BIT6;
P1DIR &= ~BIT3;       // PUC を前提とするなら不要

PxREN, PxOUT: プルアップ/ダウンもできます

ふつう、CMOSの入力ピンは未接続だと電位が安定せず 0だか1だか不定になってしまいます。そこで抵抗器を使ってプルアップ/ダウンします。最近のマイコンはこのプルアップ/ダウン抵抗を内蔵しているものも多く、MSP430も例外ではありません(「プルアップだけ」というマイコンも多いのですが、MSP430はすべてのI/Oについて両方を選択できます。うれしい)。それを設定するのが PxREN レジスタです。 PxREN を 0にするとプルアップ/ダウン抵抗が無効に、 1だと有効になります。

そして、プルアップなのかダウンなのかを決めるのが PxOUT レジスタです。PxOUT は出力値を決めるレジスタなのですが、pullup/pulldown 選択もするんですね。 PxOUT は 0がプルダウン、1でプルアップです。

LaunchPad の場合、回路図を見るとタクトスイッチまわりは

(回路図より切り出した図)

のように、単にグラウンドに落ちているだけです。ですからプルアップが必要です。こんなコードになります。

P1REN |= BIT3;    // enable pullup/pulldown
P1OUT |= BIT3;    // select pull-UP

入力ピンを読む

入力に設定されたピンの値を読むには PxIN を読むだけで ok です。コードはこんな感じです。

if((P1IN & BIT3) == 0){
  // ボタン押された処理
}

出力ピンに出力する

出力に設定されたピンに値を出力するには PxOUT に書き込むだけで ok です。コードはこんな感じです。

P1OUT |= BIT6;   // turn on GREEN
P1OUT &= ~BIT0;  // turn off RED

忘れちゃいけない重要な初期設定〜ウォッチドッグタイマ〜

ウォッチドッグ(番犬)タイマとは、暴走等の監視のための仕組みで大昔から大抵のマイコンについている機能です。タイマ犬に一定の時間以内に餌を与え続けないとリセットがかかってしまいます。『プログラムが正常動作しているときは餌を与え続けられるが、暴走等したら餌がなくなりリセットされる(ことで強制的に正常状態に復帰できる)だろう』というロジックです。当然のことながら リセット時にはデフォルトで動作開始 します。 MSP430の Watchdog Timer+ はもう少しいろいろ高機能ですが、いずれにせよ今回は不要なので最初に disable しておきましょう。詳細は MSP430x2xx Family User’s Guide の第10章を見てください。

WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;     // shut up the dog

コンパイルと実行

『ボタンを押したら緑点灯/赤消灯, 離したらその逆』を実現するプログラム(tutorial01.c)は次のようになります。今回は内容から自明なとおりもちろん無限ループですが、今後も基本的に無限ループで終わります。

return 0;は単なる飾り です。だって return しようにも戻る先の OS がありませんから (逆に下手に return すると無意味なバイト列に突入して暴走します)。

// tutorial01.c  by Yagshi 2011
#include <msp430.h>

int main(void)
{
  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;           // shut up the dog
  P1SEL &= ~(BIT0 + BIT6 + BIT3);
  P1DIR |= BIT0 + BIT6;
  P1DIR &= ~BIT3;
  P1REN |= BIT3;                      // enable pullup/pulldown
  P1OUT |= BIT3;                      // select pull-UP

  for (;;) {
    if ((P1IN & BIT3) == 0) {
      P1OUT &= ~BIT0;
      P1OUT |= BIT6;
    } else {
      P1OUT &= ~BIT6;
      P1OUT |= BIT0;
    }
  }
  return 0;
}

コンパイルするために Makefile を作りましょう。Makefile はこんなんで充分です。最後の -mmcu のところでターゲットデバイスを指定します。使いたい石そのものがなかったら /usr/msp430/include/ の中を見回して、適当に近いものを書いておけば大抵問題ありません。

CC=msp430-gcc
CFLAGS=-Os -Wall -mmcu=msp430g2231

さあ、コンパイル〜実行しましょう。LaunchPadをUSBにつなげたら、 何とたったの2コマンド!

$ <span class="red">make tutorial01</span>
msp430-gcc -Os -Wall -mmcu=msp430x2012   tutorial01.c   -o tutorial01
$ <span class="red">mspdebug rf2500 &apos;prog tutorial01&apos;</span>
(まず赤のLEDが光ると思います。そしたらスイッチ押してみましょう。)

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