MSP-EXP430F5529LP. LaunchPad Entwicklungskit MSP-EXP430F5529LP. Schnellstart mit dem Texas Instruments. LaunchPad Entwicklungskit

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1 U1+U :49 Seite 1 Christian Immler Schnellstart mit dem Texas Instruments MSP-EXP430F5529LP LaunchPad Entwicklungskit Der schnelle und praxisbezogene Einstieg in die Programmierung des 16-Bit-Mikrocontrollers MSP430F5529. Die LaunchPad -Plattform von Texas Instruments stellt, dank übersichtlicher Hardware und gut zu verstehender Software, einen einfachen und schnellen Einstieg in die Programmierung von Mikrocontrollern dar. Das TI MSP-EXP430F5529LP LaunchPad unterstützt dabei den 16-BitMikrocontroller MSP430F5529. Alle Anschlüsse des Mikrocontrollers sind über Steckleisten nach außen geführt, damit können schnell erste Projekte umgesetzt werden. Programmiert wird der Mikrocontroller nicht mithilfe eines speziellen Programmiergeräts, sondern über USB. Die Platine ist über BoosterPacks erweiterbar. Nach einem praktischen Einstiegsbeispiel mit der Programmierumgebung Energia wird anhand von fünf Projekten die Nutzung des Boards gezeigt. In den Projekten kommen die hauptsächlichen Elemente der Platine zum Einsatz. Die Beschreibung umfasst sowohl den Hardwareaufbau, als auch die notwendigen Schritte in Energia. Die Nutzung von MSC und HID wird ebenfalls gezeigt. ISBN Aus dem Inhalt: TI MSP-EXP430F5529LP im Überblick TI LaunchPad am PC anschließen Programmierung mit Energia Fußgängerampel mit Taster LED-Würfel LED dimmen (PWM) Analoge Eingabe mit Pegelanzeige Kommunikation mit dem PC LC-Display ansteuern Demoprogramme für MSC und HID BoosterPacks E D I T I O N Christian Immler Schnellstart mit dem Texas Instruments MSP-EXP430F5529LP LaunchPad Entwicklungskit Der schnelle und praxisbezogene Einstieg in die Programmierung des 16-Bit-Mikrocontrollers MSP430F5529. Entwicklungsboard mit Zugriff auf alle Anschlüsse des Mikrocontrollers Programmierbar über die USB-Schnittstelle Unterstützung der Standards MSC (Mass Storage Class) und HID (Human Interface Device) Direkter Einstieg in die Programmierung mit komplett beschriebenen Projekten Programmierung über die Entwicklungsumgebung Energia

2 Inhaltsverzeichnis 1 TI LaunchPad MSP430F5529 im Überblick Die Bestandteile der Platine Mitgeliefertes Zubehör TI LaunchPad am PC anschließen Das mitgelieferte USB-Demoprogramm Programmierung mit Energia Energia einrichten LED auf dem LaunchPad blinkt Hardwareprojekte mit dem TI LaunchPad MSP430F Benötigte Teile Fußgängerampel mit Taster LED dimmen (PWM) Analoge Eingabe mit Pegelanzeige Kommunikation mit dem PC LCD-Display ansteuern Erweiterungen Demoprogramme für MSC und HID BoosterPacks

3 3.2 Fußgängerampel mit Taster Eine LED ein- und wieder auszuschalten, mag im ersten Moment ganz spannend sein, aber dafür braucht man eigentlich keinen Mikrocontroller. Eine Verkehrsampel mit ihrem typischen Leuchtzyklus von Grün über Gelb nach Rot und dann über eine Lichtkombination Rot-Gelb wieder zu Grün zeigt weitere Programmiertechniken. Das folgende Projekt stellt eine einfache Ampelschaltung mit Fußgängerampel dar, die während der Rotphase der Verkehrsampel eine Grünphase für Fußgänger anzeigt. Für die Fußgängerampel und ihren Druckknopf werden die rote und die grüne LED auf dem TI LaunchPad sowie einer der Taster verwendet, die Verkehrsampel läuft auf einer Steckplatine mit drei weiteren LEDs. Die Ampel auf einem Steckbrett am TI LaunchPad. Bauen Sie für das folgende Experiment drei LEDs mit Vorwiderständen wie abgebildet auf einer Steckplatine auf. Benötigte Bauteile: 1x Steckplatine, 1x LED rot, 1x LED gelb, 1x LED grün, 3x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 4x Verbindungskabel Im Ruhezustand soll die Verkehrsampel Grün zeigen, die Fußgängerampel (die beiden LEDs auf dem TI LaunchPad) Rot. Drückt man auf die Taste S2 auf dem TI LaunchPad, schaltet die Verkehrsampel nacheinander über Gelb auf Rot. Danach erst schaltet die Fußgängerampel auf Grün. Nach einer Grünphase von zwei Sekunden schaltet die Fußgängerampel wieder auf Rot. Dann beginnt der Schaltzyklus der Verkehrsampel über Rot-Gelb nach Grün. Danach wartet das Programm mit dieser Einstellung, bis der Benutzer erneut die Taste drückt. 20

4 Verkehrsampel mit Fußgängerampel. Der Sketch zur Ampelsteuerung Der Sketch ampel02.ino steuert die Ampelanlage nach genau diesem Schema. const int rot = P3_0; const int gelb = P3_1; const int gruen = P2_6; void setup() pinmode(rot, OUTPUT); pinmode(gelb, OUTPUT); pinmode(gruen, OUTPUT); pinmode(red_led, OUTPUT); pinmode(green_led, OUTPUT); pinmode(push2, INPUT_PULLUP); void loop() digitalwrite(gruen, HIGH); digitalwrite(red_led, HIGH); if (digitalread(push2) == LOW) digitalwrite(gruen, LOW); digitalwrite(gelb, HIGH); digitalwrite(gelb, LOW); digitalwrite(rot, HIGH); 21

5 digitalwrite(red_led, LOW); digitalwrite(green_led, HIGH); delay(2000); digitalwrite(green_led, LOW); digitalwrite(red_led, HIGH); digitalwrite(gelb, HIGH); digitalwrite(rot, LOW); digitalwrite(gelb, LOW); digitalwrite(gruen, HIGH); delay(2000); So funktioniert es Zuerst werden die verwendeten Pins definiert, danach startet eine Endlosschleife, die darauf wartet, dass der Benutzer die Taste drückt. Erst dann läuft der typische Ampelzyklus durch. const int rot = P3_0; const int gelb = P3_1; const int gruen = P2_6; Diese Zeilen definieren die Integer-Konstanten rot, gelb, gruen für die drei LEDs der Verkehrsampel. Damit braucht man sich im Sketch keine Nummern der Pins zu merken, sondern kann die LEDs einfach über ihre Farben ansteuern. Da es sich bei den Pinbezeichnungen intern um ganze Zahlen handelt, reichen Integer-Konstanten hier aus. Natürlich können für die LEDs auch andere der zahlreichen Pins des TI LaunchPad MSP430F5529 verwendet werden. Im Beispiel wurde darauf geachtet, für einen übersichtlichen Schaltungsaufbau nebeneinanderliegende Pins zu nutzen. Für die LEDs der Fußgängerampel sowie für den Taster werden vorinstallierte Bauteile auf dem LaunchPad verwendet, deren Bezeichnungen RED_LED, GREEN_LED und PUSH2 bereits vordefiniert sind. void setup() pinmode(rot, OUTPUT); pinmode(gelb, OUTPUT); pinmode(gruen, OUTPUT); pinmode(red_led, OUTPUT); pinmode(green_led, OUTPUT); pinmode(push2, INPUT_PULLUP); Die Prozedur void setup() definiert die Pins für die LEDs als Ausgänge und den Pin für den Taster als Eingang mit internem Pull-up-Widerstand. 22

6 Pull-up-Widerstände für Taster Solange ein Taster gedrückt ist, sind seine Anschlüsse miteinander verbunden. Im Gegensatz zu einem Schalter rastet ein Taster nicht ein. Die Verbindung wird beim Loslassen sofort wieder getrennt. Liegt auf einem als Eingang definierten digitalen Pin ein Signal zwischen +3,3 V und +5 V an, wird dieses als logisch HIGH bzw. 1 ausgewertet. Theoretisch könnten Sie also über einen Taster den jeweiligen Pin mit dem VCC-Anschluss des TI LaunchPad verbinden. In vielen Fällen funktioniert diese simple Schaltung bereits, allerdings hätte der geschaltete Pin bei offenem Taster keinen eindeutig definierten Zustand. Wenn ein Programm diesen Pin abfragt, kann es zu zufälligen Ergebnissen kommen. Um das zu vermeiden, schließt man bei Tastern sogenannte Pull-up-Widerstände an. Die MSP430-Mikrocontroller verfügen über interne Pull-up-Widerstände von etwa 20 kohm, die einen als Eingang definierten digitalen Pin automatisch auf HIGH ziehen, um ihm einen eindeutig definierten Zustand zu geben. Taster mit internem Pull-up-Widerstand an einem Eingang. Die grau hinterlegten Teile der Zeichnung liegen innerhalb der Mikrocontrollerelektronik. INPUT_PULLUP in der pinmode()-definition aktiviert den internen Pull-up-Widerstand. In diesem Fall wird beim Schließen des Tasters eine Verbindung mit Masse hergestellt. Diese bewirkt einen LOW-Wert. Die Programmlogik muss dementsprechend umgekehrt werden. LOW bedeutet: Taster gedrückt, HIGH bedeutet: Taster offen. void loop() digitalwrite(gruen, HIGH); digitalwrite(red_led, HIGH); In der Hauptprozedur void loop() werden als Erstes die grüne LED der Verkehrsampel und die rote LED der Fußgängerampel eingeschaltet. Die anderen LEDs beginnen das Programm im ausgeschalteten Zustand. Dies ist der Standardzustand einer Ampel. if (digitalread(push2) == LOW) Die Funktion digitalread() fragt ab, ob der Benutzer die Taste gedrückt hat. Diese Funktion liest den Wert eines digitalen Eingangs. Dieser ist dann HIGH, wenn dort ein Signal zwischen +3,3 V und +5 V anliegt. Der Pull-up-Widerstand bewirkt eine umgekehrte Logik, weshalb hier abgefragt wird, ob der Taster-Eingangspin LOW ist. 23

7 = ist nicht gleich == Die Programmiersprache C, und damit auch Processing, verwendet das einfache Gleichheitszeichen = zur Zuweisung von Variablen. Das doppelte Gleichheitszeichen == dient in einer Abfrage dazu, zu prüfen, ob zwei Werte gleich sind. Hat der Benutzer die Taste gedrückt, startet der Ampelzyklus. Programmteile, die nur im Fall einer if-abfrage ablaufen, werden wie Prozeduren in geschweifte Klammern eingeschlossen. digitalwrite(gruen, LOW); digitalwrite(gelb, HIGH); Jetzt wird die grüne LED aus- und dafür die gelbe LED eingeschaltet. Diese leuchtet dann für 0,6 Sekunden allein. digitalwrite(gelb, LOW); digitalwrite(rot, HIGH); Anschließend wird die gelbe LED wieder ausgeschaltet und dafür die rote LED eingeschaltet, und es wird erneut 0,6 Sekunden gewartet. digitalwrite(red_led, LOW); digitalwrite(green_led, HIGH); delay(2000); Erst danach schaltet die Fußgängerampel von Rot auf Grün um. Diese Phase dauert 2 Sekunden. Danach schaltet die Fußgängerampel auf Rot, und mit jeweils 0,6 Sekunden Verzögerung schaltet die Verkehrsampel über Rot-Gelb auf Grün um (verleichen Sie hierzu die letzten Zeilen des Sketches auf Seite 22). Am Ende der Schleife leuchtet die Verkehrsampel wieder grün, die Fußgängerampel rot. Die Schleife beginnt in der Grünphase der Ampel von Neuem. Natürlich können Sie alle Zeiten beliebig anpassen. In der Realität hängen die Ampelphasen von den Maßen der Kreuzung und den Verkehrsströmen ab. Die Gelb- und die Rot-Gelb-Phase sind üblicherweise je 2 Sekunden lang. 3.3 LED dimmen (PWM) LEDs sind typische Bauteile zur Ausgabe von Signalen in der Digitalelektronik. Sie können zwei verschiedene Zustände annehmen, Ein oder Aus, 0 oder 1 bzw. HIGH oder LOW. Das Gleiche gilt für die als Ausgänge definierten digitalen Pins. Demnach wäre es theoretisch nicht durchführbar, eine LED zu dimmen. Mit einem Trick ist es dennoch möglich, die Helligkeit einer LED an einem digitalen Pin zu regeln. Lässt man eine LED schnell genug blinken, nimmt das menschliche Auge das nicht mehr als Blinken wahr. Die als Pulsweitenmodulation (PWM) bezeichnete Technik erzeugt ein pulsierendes Signal, das sich in sehr kurzen Abständen ein- und ausschaltet. Die Spannung des Sig- 24

8 nals bleibt immer gleich, nur das Verhältnis der Dauer des jeweiligen Zustands Level LOW (0 V) bzw. Level HIGH (+3,3 V) wird verändert. Das Tastverhältnis gibt das Verhältnis der Länge des eingeschalteten Zustands zur Gesamtdauer eines Schaltzyklus an. Links: Tastverhältnis 50 % rechts: Tastverhältnis 20 %. Je kleiner das Tastverhältnis, desto kürzer ist die Leuchtzeit der LED innerhalb eines Schaltzyklus. Dadurch wirkt die LED dunkler als eine permanent eingeschaltete LED. Nicht alle Pins können für PWM verwendet werden, die Tabelle zeigt, welche das sind. Die auf dem TI LaunchPad MSP430F5529 vorhandenen LEDs können nicht über PWM gesteuert werden. Rechte Seite innen Rechte Seite außen P2.5 PWM GND P2.4 PWM P2.0 PWM P1.5 PWM P2.2 P1.4 PWM P7.4 P1.3 RST P1.2 P3.0 P4.3 P3.1 P4.0 P2.6 P3.7 P2.3 P8.2 P8.1 Bauen Sie für das folgende Experiment eine LED mit Vorwiderstand wie abgebildet auf einer Steckplatine auf. Benötigte Bauteile: 1x Steckplatine, 1x LED rot, 1x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 2x Verbindungskabel 25

9 LED auf einer Steckplatine an einem PWM-Pin. Der Sketch pwm02.ino dimmt die LED zyklisch heller und dunkler und verwendet dazu die Funktion analogwrite(), die Werte zwischen 0 und 255 auf einen digitalen Pin schreibt. Dabei handelt es sich nicht um analoge Spannungswerte, sondern um PWM-Signale. Der Wert 255 entspricht einem Tastverhältnis von 100 %. Hier leuchtet die LED mit voller Stärke. const int LED = P2_0; int hell = 0; int schritt = 5; void setup() pinmode(led, OUTPUT); void loop() analogwrite(led, hell); hell += schritt; if (hell == 0 hell == 255) schritt = -schritt; delay(25); 26

10 So funktioniert es Am Anfang wird über die Integer-Konstante LED der Pin P2_0 für die LED festgelegt. Konstanten belegen weniger Speicher auf dem Mikrocontroller, wo, anders als bei einem PC, der Speicher schnell knapp wird. const int LED = P2_0; int hell = 0; int schritt = 5; Anschließend werden zwei Variablen eingerichtet, hell bezeichnet den PWM-Wert für die Helligkeit der LED, und schritt gibt die Schrittweite beim Dimmen an. void setup() pinmode(led, OUTPUT); Die Prozedur void setup() definiert den Pin LED als Ausgang. Hier braucht man für PWM keine speziellen Einstellungen vorzunehmen. analogwrite(led, hell); In der Prozedur void loop() wird die LED angesteuert. Dazu gibt die Funktion analogwrite() ein PWM-Signal am angegebenen Pin aus. Im Gegensatz zu digitalwrite() kann ein Wert zwischen 0 und 255 ausgegeben werden, der in diesem Fall in der Variablen hell steht. hell += schritt; Danach wird die Variable hell um den Wert von schritt erhöht. Der Operator += addiert einen Wert zu einer Variablen hinzu. if (hell == 0 hell == 255) schritt = -schritt; Wenn die Helligkeit den Wert 255 für volle Helligkeit erreicht, bekommt der Wert schritt ein negatives Vorzeichen. Damit wird automatisch, ohne die Berechnungsformel zu verändern, wieder abwärts gezählt. Umgekehrt wird auch beim Erreichen von 0 das Vorzeichen umgekehrt, um wieder aufwärts zu zählen. Der Operator bedeutet»oder«. delay(25); Zum Schluss wartet die Prozedur 25 Millisekunden und setzt danach den LED-Pin auf den neuen Helligkeitswert. So wird die LED ständig auf- und abgeblendet. 3.4 Analoge Eingabe mit Pegelanzeige Wie man mit analogen Werten die Helligkeit einer LED steuert, ist nun bekannt. Um einen analogen Wert aber wirklich zu visualisieren, ist diese Methode nicht aussagekräftig genug, Helligkeiten 27

11 U1+U :49 Seite 1 Christian Immler Schnellstart mit dem Texas Instruments MSP-EXP430F5529LP LaunchPad Entwicklungskit Der schnelle und praxisbezogene Einstieg in die Programmierung des 16-Bit-Mikrocontrollers MSP430F5529. Die LaunchPad -Plattform von Texas Instruments stellt, dank übersichtlicher Hardware und gut zu verstehender Software, einen einfachen und schnellen Einstieg in die Programmierung von Mikrocontrollern dar. Das TI MSP-EXP430F5529LP LaunchPad unterstützt dabei den 16-BitMikrocontroller MSP430F5529. Alle Anschlüsse des Mikrocontrollers sind über Steckleisten nach außen geführt, damit können schnell erste Projekte umgesetzt werden. Programmiert wird der Mikrocontroller nicht mithilfe eines speziellen Programmiergeräts, sondern über USB. Die Platine ist über BoosterPacks erweiterbar. Nach einem praktischen Einstiegsbeispiel mit der Programmierumgebung Energia wird anhand von fünf Projekten die Nutzung des Boards gezeigt. In den Projekten kommen die hauptsächlichen Elemente der Platine zum Einsatz. Die Beschreibung umfasst sowohl den Hardwareaufbau, als auch die notwendigen Schritte in Energia. Die Nutzung von MSC und HID wird ebenfalls gezeigt. ISBN Aus dem Inhalt: TI MSP-EXP430F5529LP im Überblick TI LaunchPad am PC anschließen Programmierung mit Energia Fußgängerampel mit Taster LED-Würfel LED dimmen (PWM) Analoge Eingabe mit Pegelanzeige Kommunikation mit dem PC LC-Display ansteuern Demoprogramme für MSC und HID BoosterPacks E D I T I O N Christian Immler Schnellstart mit dem Texas Instruments MSP-EXP430F5529LP LaunchPad Entwicklungskit Der schnelle und praxisbezogene Einstieg in die Programmierung des 16-Bit-Mikrocontrollers MSP430F5529. Entwicklungsboard mit Zugriff auf alle Anschlüsse des Mikrocontrollers Programmierbar über die USB-Schnittstelle Unterstützung der Standards MSC (Mass Storage Class) und HID (Human Interface Device) Direkter Einstieg in die Programmierung mit komplett beschriebenen Projekten Programmierung über die Entwicklungsumgebung Energia