MSP430 G2553 比较器Comparator_A+、数据流程图DFD、状态转换图STD

一、CA+构造

MSP430G2553带有一个比较器Comparator_A+（CA+），其构造框图如下图所示。

二、输入 & 输出

如上图所示，比较器有一个同向输入端（V+）和一个反向输入端（V-）。通过软件设置，V+端可以连接到CA0~CA2三个外部管脚之一，或者三个内部电压基准之一；V-端可以连接到CA1~CA7七个外部管脚之一，或者三个内部电压基准之一。内部电压基准可以是0.5*Vcc、0.25*Vcc，或者内部一个二极管的导通电压（约0.55V）。

输出信号可以连接至Timer的外部时钟输入，或者CAOUT对应的管脚；输出信号变化时，可触发CAIFG中断。

CAx、CAOUT对应的MSP430G2553管脚如下图所示。

三、相关设置寄存器

CA+主要寄存器有CACTL1、CACTL2、CAPD三个。其中CAPD用于断开与GPIO管脚相连的数字电路部分，以提高CA+的性能；实际上，当某个管脚被设置成CA+输入时，CAPD会自动置位，因此对于CAPD的操作一般不需关心（除非该管脚还同时用于输入某个数字信号）。

- CACTL2寄存器的P2CAx位段：选择输入信号对应的管脚。

- CACTL1寄存器的CAEx位：切换V+、V-输入信号。该功能用于当输入信号非常接近时，一般用不到。

- CACTL1寄存器的CAON位：关闭/开启CA+。

- CACTL1寄存器的CAREFx位段和CARSEL位：CAREFx位段用于选择CA+参考电压，可以为0.5*Vcc、0.25*Vcc或~0.55V；CARSEL位用于选择参考电压连接至V+还是V-端。注意当V+、V-都连接到外部管脚时，内部参考电压须关闭。

- CACTL2寄存器的CAF位：关闭/开启输入信号滤波。建议开启。

- CACTL2寄存器的CASHSHORT位：将输入信号短接。一般用不到。

四、一个有意思的例子

将电位器连接到P1.1，当P1.1的电压高于0.5*Vcc时，LED灯闪烁；否则LED灯熄灭。由于P1.1对应MSP430G2553芯片的RX，G2 Launchpad已经将其连接到了USB转串口芯片上，因此P1.1作为CA1使用时应将J3上的相关跳线断开。

#include "io430.h"

#define LED1 BIT0  //red

#define TRUE 1
#define FALSE 0

#define LOW_INPUT 0
#define HIGH_INPUT 1

//global variable
char state = LOW_INPUT;
char flash = FALSE; //start with low input, no flash on LED

void main(void)
{
    // Stop watchdog timer to prevent time out reset
    WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;
    
    // LED setup
    P1OUT = 0;
    P1DIR |= LED1;
    
    // DCO setup
    BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ; //running at 1MHz
    DCOCTL = CALDCO_1MHZ;
    
    // ACLK setup
    BCSCTL3 |= LFXT1S_2; //ACLK source: VLO, measured as 10kHz
    BCSCTL1 |= DIVA_3; //ACLK = VLO divided by 8: 1.25kHz
    
    // Timer0_A setup
    TA0CCR0 = 250 - 1; //timer overflow freq: 1250/250 = 5Hz(0.2s)
    TA0CCTL0 = CCIE;//enable interrupt
    TA0CTL = TASSEL_1 + MC_1 + TACLR;//ACLK, no div, up mode, clear timer
    
    // Comparator_A+ setup
    CACTL1 = CAREF_2 + CARSEL + CAIE;//0.5 Vcc ref on V-, enable interrupt on rising
    CACTL2 = P2CA4 + CAF; //input CA1 (P1.1, remove the jumper) on V+, filter on
    CACTL1 |= CAON; //turn on comparator
    
    __enable_interrupt();
    LPM3;
    
}

#pragma vector = TIMER0_A0_VECTOR
__interrupt void CCR0_ISR(void)
{
    //TA0CCR0 flag clearing is automatic
    if(flash == FALSE)
    {
        P1OUT &= ~LED1; //led off
    }
    else
    {
        P1OUT ^= LED1; //toggle LED
    }
}

#pragma vector = COMPARATORA_VECTOR
__interrupt void COMPA_ISR(void)
{
    switch(state)
    {
    case LOW_INPUT:
        if((CACTL2 & CAOUT) == 0x01)
        {
            state = HIGH_INPUT;
            CACTL1 |= CAIES; //value high, so watch for falling edge
            flash = TRUE; //let led flash      
        }
        break;
    case HIGH_INPUT:
        if((CACTL2 & CAOUT) == 0x00)
        {
            state = LOW_INPUT;
            CACTL1 &= ~CAIES; //value low, so watch for rising edge
            flash = FALSE; //turn LED off      
        }
        break;      
    }
}

这个例子有意思的地方在于，展示了数据流程图（Data Flow Diagram, DFD）和状态转换图（State Transition Diagram, STD）这两个重要的概念。两个中断程序分别处理来自Timer0_A和CA+的中断，形成两个“process”，它们有自身独有的变量/参数，同时还共享了flash（LED是否闪烁）这一变量。此外，CA+的中断程序包含HIGH_INPUT和LOW_INPUT两种状态，是一个非常简单的状态机。

程序的DFD和CA+中断程序的STD如下图所示。