通用输入输出接口.ppt

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1、第五章 通用输入输出（GPIO）,目 录,GPIO简介|数字量输入/输出GPIO,GPIO是通用型输入/输出（General Purpose I/O）的简称，主要用于工业现场需要用到数字量输入/输出的场合，例如：,继电器、LED、蜂鸣器等的控制；传感器状态、高低电平等信息的输入等。,目 录,GPIO特性描述|I/O结构,大部分GPIO为推挽输出，具有完整I2C功能的是开漏结构；,管脚可承受最大5V的输入电压。,正常拉出灌入电流为4mA，短 时间极限值40mA；,GPIO特性描述|通用输入输出,所有GPIO寄存器位于AHB总线上，可以进行高性能的 CPU快速访问，支持Cortex-M3位带操作；

2、,GPIO允许进行DMA数据操作。,可配置为上拉/下拉电阻、开漏和中继模式；,LPC1700系列Cortex-M3有5组GPIO，多达70个通用I/O管脚（100管脚封装）；,GPIO特性描述|中断,LPC1700系列Cortex-M3的P0和P2还具有中断功能，P0和P2每个引脚都可配置为上升沿、下降沿或双边沿中断。,GPIO中断还具有掉电唤醒功能,目 录,GPIO输入输出|I/O相关寄存器,LPC1700系列Cortex-M3具有5个端口，所以具有5组控制寄存器。一个GPIO引脚在某一时刻，只受4个位的控制，这4个位分布在该GPIO所属端口的4个控制寄存器中。,GPIO输入输出|I/O相关

3、寄存器,LPC1700系列Cortex-M3的高速GPIO口还可通过一些字节和半字访问的寄存器来控制，如FIOxDIR0/1/2/3、FIOxSET0/1/2/3、FIOxCLRL/U等。,GPIO相关寄存器描述,PINSELx,FIOxDIR,FIOxCLR,FIOxPIN,FIOxSET,in,out,1,0,GPIO相关寄存器描述FIOxPIN,该寄存器反映了当前引脚的状态。FIOxPIN中的x对应于某一个端口，如P1口对应于FIO1PIN。所以芯片存在多少个端口，就有多少个IOxPIN分别与之对应。写该寄存器会将值保存到输出寄存器，具体使用稍后介绍。注意：无论引脚被设置为输入还是输出模

4、式或者配置为其他可选的数字功能，都不影响引脚状态的读出。,PINSELx,FIOxDIR,FIOxCLR,FIOxPIN,FIOxSET,in,out,1,0,GPIO相关寄存器描述FIOxDIR,当引脚设置为GPIO输出模式时，可使用该寄存器控制引脚的方向。向某位写入1使对应引脚作为输出功能，写入0时作为输入功能。作为输入功能时，引脚处于高阻态。,PINSELx,FIOxDIR,FIOxCLR,FIOxPIN,FIOxSET,in,out,1,0,GPIO相关寄存器描述FIOxSET,当引脚设置为GPIO输出模式时，可使用该寄存器从引脚输出高电平。向某位写入1使对应引脚输出高电平。写入0无效

5、。从该寄存器读回的数据为GPIO输出寄存器的值。该值不反映外部环境对引脚的影响。,PINSELx,FIOxDIR,FIOxCLR,FIOxPIN,FIOxSET,in,out,1,0,GPIO相关寄存器描述FIOxCLR,当引脚设置为GPIO输出模式时，可使用该寄存器从引脚输出低电平。向某位写入1使对应引脚输出低电平。写入0无效。注意：读取该寄存器无效，不能读回输出寄存器的值。,GPIO输入输出|I/O功能框图,IN,OUT,1,0,GPIO,PINSELx,FIOxDIR,FIOxSET,FIOxCLR,FIOxPIN,FIOxMASK,输出置位寄存器,模式选择寄存器,功能选择寄存器,端口屏

6、蔽寄存器,输出清零寄存器,端口方向控制寄存器,管脚值寄存器,复位后默认所有GPIO为上拉输入模式,GPIO输入输出|I/O屏蔽寄存器,采用屏蔽寄存器FIOxMASK来屏蔽某些位，可以让软件在一个写操作过程中设置GPIO相应的位而又不影响到其他的管脚。,u=电平不变,GPIO输入输出|I/O操作流程,FIOxPIN,GPIO输入,GPIO输出,1,高电平,1,输出操作流程,输入操作流程,1,使用GPIO注意要点,引脚设置为输出方式时，输出状态由FIOxSET和FIOxCLR中最后操作的寄存器决定；大部分GPIO输出为推挽方式（个别引脚为开漏输出），正常拉出/灌入电流均为4mA（短时间极限值40m

7、A）；复位后默认所有GPIO为输入模式。,.LPC_PINCON-PINSEL0.,C代码：,PINSEL0,FIO0DIR,FIO0CLR,FIO0PIN,FIO0SET,in,out,1,0,GPIO应用示例设置P0.0输出高电平,P0.0,.uint32_t PinStat;LPC_PINCON-PINSEL0.,C代码：,PINSEL0,FIO0DIR,FIO0CLR,IO0PIN,FIO0SET,in,out,1,0,GPIO应用示例读取P0.0引脚状态,P0.0,FIO0PIN,#define DataBus 0 xFF PINSEL0.,使用FIOxSET和FIOxCLR实现：,

8、GPIO应用示例输出多位数据至IO口,在需要将多位数据同时输出到某几个IO口线时，通常使用FIOxSET和FIOxCLR来实现，在某些情况下也可以使用FIOxPIN寄存器实现。后者可以在多个IO口上直接输出0和1电平。本例将8位无符号整形变量Data的值输出到P0.0P0.7。,数据输出线：,#define DataBus 0 xFF PINSEL0.,GPIO应用示例输出多位数据至IO口,在需要将多位数据同时输出到某几个IO口线时，通常使用IOxSET和IOxCLR来实现，在某些情况下也可以使用IOxPIN寄存器实现。后者可以在多个IO口上直接输出0和1电平。本例将8位无符号整数变量Data

9、的值输出到P0.0P0.7。,使用FIOxPIN实现：,数据输出线：,GPIO应用程序示例控制LED,int main(void)unsigned long i;LPC_GPIO2-FIODIR=0 x0000000F;/设置方向为输出 LPC_GPIO2-FIOSET=0 x0000000F;/初始化输出高电平，关闭指示灯while(1)LPC_GPIO2-FIOCLR=0 x0000000F;/输出低电平，点亮指示灯 for(i=1000000;i 0;i-);LPC_GPIO2-FIOSET=0 x0000000F;/输出高电平，关闭指示灯 for(i=1000000;i 0;i-);,

10、GPIO应用程序示例控制按键,int main(void)unsigned long i;/设置方向为输出,P2.11、P2.12方向的输入 LPC_GPIO2-FIODIR=0 x0000000F;/初始化输出高电平，关闭指示灯 LPC_GPIO2-FIOSET=0 x0000000F;while(1)/判断按键1 P2.11是否按下及处理程序 if(LPC_GPIO2-FIOPIN),GPIO应用程序示例控制按键,/切换LED1的状态/原来输出为高电平，则改为输出低电平 if(LPC_GPIO2-FIOPIN),GPIO应用示例状态机控制按键,一般的按键输入软件接口程序非常简单，在程序中一

11、旦检测到按键输入口为低电平（有时可能为高），便采用软件延时的方法来进行消抖，然后再次检测按键输入，如果再次确认为低电平则表示有按键按下，转入执行按键处理程序。如果延时后检测的电平为高电平则放弃本次按键检测，重新开始一次按键检测过程。在简单的系统中这种方法比较可以用，但是在复杂的系统实时性要求较高的系统中这种方法的CPU利用率比较低，造成资源的浪费。另外，由于在不同的产品系统中对按键功能的定义和使用方式也会不同，而且是多变的，加上在测试和按键处理的同时，MCU还要同时处理其他的任务（如显示、计算、计时等），因此编写键盘和按键接口的处理程序需要掌握有效的分析方法，具备较高的软件设计能力和程序编写的

12、技巧。而采用状态机的方法是一种比较好的方法。,GPIO应用示例状态机控制按键,可将将按键抽象为3个状态：（1）未按下，假定为S0（2）确认有键按下，假定为S1（3）键释放状态，假定为S2。在一个系统中按键的操作是随机的，因此系统软件中要对按键进行循环查询。在按键检测过程中需要进行消抖处理，消抖的延时处理一般要10ms或20ms，因此取状态机的时间序列为10或20ms，这样不仅可以跳过按键消抖的影响，同时也远小于按键的稳定闭合时间，不会将按键过程丢失。,GPIO应用示例状态机控制按键,假定键按下时端口电平为0，未按下时为1（或者相反）。通过状态机实现按键检测的过程如下：首先，按键的初始态为S0，

13、当检测到输入为1时，表示没有键按下，保持S0。当按键输入为0时，则有键按下，转入状态S1：按键确认状态。在S1状态时，如果输入的信号为1，则表示刚才的按键操作为干扰，则状态跳转到S0；如果输入信号为0，则表示确实有键按下，此时可以读取键状态，产生相应的按键标志或者将该事件存入消息队列。同时状态机切换到S2状态：按键释放状态。在S2状态，如果输入信号为高电平，表明按键释放，则切换到S0，否则保持S2状态。,GPIO应用示例状态机控制按键,/定义读取按键状态的宏，按键按下返回0，没有按下返回1#define key_input(LPC_GPIO2-FIOPIN)/读按键I/O电平,GPIO应用示例

14、状态机控制按键,switch(key_state)casekey_state_0:/按键初始态 if(!key_press)/键被按下，状态转换到键确认态 key_state=key_state_1;break;,GPIO应用示例状态机控制按键,casekey_state_1:/按键确认态 if(!key_press)/按键仍按下，状态转换到键释放态 key_state=key_state_2;else/按键已抬起，转换到按键初始态 key_state=key_state_0;break;,GPIO应用示例状态机控制按键,case key_state_2:/按键释放态 if(key_press

15、)/按键已释放，转换到按键初始态 key_state=key_state_0;/按键有按下，并且已经释放，按键确认输出为“1”key_return=1;break;default:break return key_return;,GPIO应用示例状态机控制按键,如何实现按键的长按和短按呢？,GPIO应用示例状态机控制按键,可将将按键抽象为4个状态：（1）未按下，假定为S0（2）确认有键按下，假定为S1（3）键稳定按下状态，假定为S2（4）键释放状态，假定为S3。,GPIO应用示例状态机控制按键,假定键按下时端口电平为0，未按下时为1（或者相反）。通过状态机实现按键检测的过程如下：首先，按键的初

16、始态为S0，当检测到输入为1时，表示没有键按下，保持S0。当按键输入为0时，则有键按下，转入状态S1。在S1状态时，如果输入的信号为1，则表示刚才的按键操作为干扰，则状态跳转到S0；如果输入信号为0，则表示确实有键按下，此时可以读取键状态，产生相应的按键标志或者将该事件存入消息队列。同时状态机切换到S2状态。在S2状态，如果输入信号为1，则没有键按下，切换到S3；如果输入信号为0，则保持S2状态，并进行计数。如果计数值超过一定的门限值，则可以认为该按键为长按键事件或者键一直按下状态，如果未超过门限值，则认为是短按键事件，保持S2状态。在S3状态，如果输入信号为高电平，则切换到S0.,GPIO的

17、主要功能有：1、设置引脚的方向；2、引脚输出高电平；3、引脚输出低电平，4、读取引脚的电平状态。,GPIO应用示例库函数的设计,/*GPIO模块宏定义*/定义端口名称#define GPIO_P0 0#define GPIO_P1 1#define GPIO_P2 2#define GPIO_P3 3#define GPIO_P4 4/定义端口方向名称#define IN 0#define OUT 1,GPIO应用示例库函数的设计,/*GPIO模块宏定义*/定义每个端口的引脚序号#define GPIO_Pin_0(unsigned int)0 x00000001)#define GPIO_P

18、in_1(unsigned int)0 x00000002)#define GPIO_Pin_2(unsigned int)0 x00000004)#define GPIO_Pin_3(unsigned int)0 x00000008)#define GPIO_Pin_4(unsigned int)0 x00000010)#define GPIO_Pin_5(unsigned int)0 x00000020)#define GPIO_Pin_6(unsigned int)0 x00000040),GPIO应用示例库函数的设计,/*函数名称：GPIO_GetPointer()*函数功能：获取指向

19、选定端口的结构体的指针*入口参数：portNum：端口号，用GPIO_Px表示，x表示04*出口参数：pGPIO：指向选定端口的结构体的指针*其他：内部函数，不被外部调用，仅供本模块调用*/static LPC_GPIO_TypeDef*GPIO_GetPointer(unsigned char portNum)LPC_GPIO_TypeDef*pGPIO=NULL;/定义指向GPIO结构体的指针并初始化为0 switch(portNum)case 0:pGPIO=LPC_GPIO0;break;case 1:pGPIO=LPC_GPIO1;break;case 2:pGPIO=LPC_GPI

20、O2;break;case 3:pGPIO=LPC_GPIO3;break;case 4:pGPIO=LPC_GPIO4;break;default:break;return pGPIO;,GPIO应用示例库函数的设计,/*函数名称：GPIO_SetDir()*函数功能：设置引脚方向*入口参数：portNum：端口号，用GPIO_Px表示，x表示04 pinNum：引脚号，用GPIO_Pin_x表示，x表示031 dir：引脚方向，用IN和OUT表示*出口参数：无*其他：同时设置多个引脚可以通过引脚号的或操作*/void GPIO_SetDir(unsigned char portNum,un

21、signed int pinNum,unsigned char dir)/获取指向要设定端口结构体的指针 LPC_GPIO_TypeDef*pGPIO=GPIO_GetPointer(portNum);if(dir)/方向为输出 pGPIO-FIODIR|=pinNum;else/方向为输入 pGPIO-FIODIR,GPIO应用示例库函数的设计,/*函数名称：GPIO_SetPin()*函数功能：设置引脚输出高电平*入口参数：portNum：端口号，用GPIO_Px表示，x表示04 pinNum：引脚号，用GPIO_Pin_x表示，x表示031*出口参数：无*其他：同时设置多个引脚可以通过引

22、脚号的或操作*/void GPIO_SetPin(unsigned char portNum,unsigned int pinNum)/获取指向要设定端口结构体的指针 LPC_GPIO_TypeDef*pGPIO=GPIO_GetPointer(portNum);pGPIO-FIOSET=pinNum;/输出高电平,GPIO应用示例库函数的设计,/*函数名称：GPIO_ClrPin()*函数功能：设置引脚输出低电平*入口参数：portNum：端口号，用GPIO_Px表示，x表示04 pinNum：引脚号，用GPIO_Pin_x表示，x表示031*出口参数：无*其他：同时设置多个引脚可以通过引脚

23、号的或操作*/void GPIO_ClrPin(unsigned char portNum,unsigned int pinNum)/获取指向要设定端口结构体的指针 LPC_GPIO_TypeDef*pGPIO=GPIO_GetPointer(portNum);pGPIO-FIOCLR=pinNum;/输出低电平,GPIO应用示例库函数的设计,/*函数名称：GPIO_ReadPin()*函数功能：读取引脚电平值*入口参数：portNum：端口号，用GPIO_Px表示，x表示04 pinNum：引脚号，用GPIO_Pin_x表示，x表示031*出口参数：val：返回引脚电平，1表示高电平，0表示

24、低电平*其他：采用FIOPIN读取引脚状态*/unsigned char GPIO_ReadPin(unsigned char portNum,unsigned int pinNum)unsigned char val;/返回引脚电平，1表示高电平，0表示低电平/获取指向要设定端口结构体的指针 LPC_GPIO_TypeDef*pGPIO=GPIO_GetPointer(portNum);if(pGPIO-FIOPIN,GPIO应用示例库函数的设计,#include LPC17xx.h/包含器件头文件int main(void)unsigned long i;/设置引脚P2.0和P2.11为G

25、PIO功能 LPC_PINCON-PINSEL4=LPC_PINCON-PINSEL4,GPIO应用示例库函数的设计,while(1)/判断按键KEY1P2.11是否按下及处理程序 if(!(GPIO_ReadPin(GPIO_P2,GPIO_Pin_11)/如果有按键按下/延时时间较短可能出现连击 for(i=100000;i 0;i-);/软件延时去抖动 if(!(GPIO_ReadPin(GPIO_P2,GPIO_Pin_11)/按键依然按下/等待按键释放 while(!(GPIO_ReadPin(GPIO_P2,GPIO_Pin_11);/切换LED1的状态：原来输出为高电平，则改为输出低电平 if(GPIO_ReadPin(GPIO_P2,GPIO_Pin_0)GPIO_ClrPin(GPIO_P2,GPIO_Pin_0);else/原来输出为低电平，则改为输出高电平 GPIO_SetPin(GPIO_P2,GPIO_Pin_0);,GPIO应用示例库函数的设计,OVER,