敏矽微電子Cortex-M0學(xué)習(xí)筆記04——GPIO詳解及應(yīng)用實(shí)例

前面我們已經(jīng)對敏矽微電子的基于cortex m0內(nèi)核的ME32F030R8T6的基本功能做了介紹，然后詳細(xì)講解了開發(fā)環(huán)境MDK的安裝，pack包的安裝，工程的建立及程序的仿真，緊接著講解了ME32F030R8T6的時(shí)鐘系統(tǒng)。

如果說前面都是基礎(chǔ)知識介紹和理論講解，那么從本篇開始，我們不但會有理論介紹，還會結(jié)合敏矽微電子提供的ME32F030R8T6開發(fā)板進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，讓大家看到實(shí)例運(yùn)行的結(jié)果。

1、敏矽微電子Cortex-M0學(xué)習(xí)筆記04-GPIO詳解及實(shí)例

首先我們對ME32F030R8T6芯片的I/O端口做一個(gè)大致的了解。

1.1. ME32F030R8T6的GPIO 概述

ME32F030R8T6提供多達(dá) 57個(gè) GPIO 管腳。主要的特點(diǎn)有：

? 數(shù)字管腳可以用軟件定義為輸入或輸出

? 管腳讀寫可以被屏蔽

? 多個(gè)管腳的置位、清零位用一條指令實(shí)現(xiàn)

? 管腳的輸出取反

? 每一個(gè)管腳可作為外部中斷信號

? 可編程的中斷觸發(fā)條件及中斷優(yōu)先級

? 所有GPIO管腳在復(fù)位后被配置成帶上拉電阻的輸入管腳

MCU的端口除了靈活易用的特點(diǎn)之外，其外設(shè)功能也十分強(qiáng)大。管腳功能由IO控制寄存器配置，除電源管腳，其余管腳均可復(fù)用。

系統(tǒng)復(fù)位后，管腳功能將被設(shè)置成默認(rèn)值。

GPIO可以復(fù)用的功能如下：LED/LCD 驅(qū)動、觸摸按鍵、ADC、定時(shí)器6輸出、定時(shí)器7輸出、PWM輸出、UART0、UART1、SPI、I2C。

在使用端口復(fù)用功能時(shí)，通過 I/O 配置寄存器IOCON對端口進(jìn)行功能設(shè)置，每個(gè)引腳對應(yīng)的復(fù)用功能，請參照官方數(shù)據(jù)手冊的詳細(xì)說明。

1.2. ME32F030R8T6的GPIO 寄存器詳解

對于使用過單片機(jī)開發(fā)產(chǎn)品的人來說，功能繁多、名稱各異的寄存器應(yīng)該是最重要也是最令人頭疼的地方，但是沒辦法，想要開發(fā)出功能穩(wěn)定、性能可靠的產(chǎn)品，就必須來硬著頭皮查看各個(gè)寄存器的功能和配置方法。

當(dāng)然，對于ME32F030R8T6來說，官方推出了庫函數(shù)，利用這些庫函數(shù)可以不必關(guān)心具體的寄存器就能編寫出合適的程序。但是對于想要深入了解的話，還是要看看寄存器的。

1.2.1. GPIO功能配置寄存器

MCU有一系列的GPIO 控制寄存器來實(shí)現(xiàn)對I/O口的靈活控制。

首先我們對 I/O 配置寄存器IOCON做一個(gè)介紹，因?yàn)樗鼪Q定著I/O端口的功能選擇和電氣特性。所以需要拿出來單獨(dú)進(jìn)行介紹，該寄存器的每一位的功能如下：

①、管腳功能：

IOCON 寄存器中的 FUNC 位可設(shè)為 GPIO (FUNC = 000) 或外設(shè)功能。如果將管腳配置為 GPIO 管腳，則 DIR 寄存器決定管腳是配置為輸入還是輸出。對于任何外設(shè)功能，會根據(jù)管腳的功能自動控制管腳方向。GPIO 的 DIR 寄存器此時(shí)對外設(shè)功能無效。

②、管腳模式：

IOCON 寄存器的 MODE 位允許為每個(gè)管腳使能或禁止片內(nèi)上拉電阻。默認(rèn)情況下，所有管腳的上拉電阻都被使能。

③、管腳驅(qū)動

對于每個(gè)正常驅(qū)動管腳，可以選擇兩種電流的輸出驅(qū)動，即低電流模式和高電流模式。用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

④、開漏模式

所有數(shù)字 I/O 管腳都可為開漏模式。但是請注意，該模式并不是真正的開漏模式。輸入上拉至不能超過VDD。

⑤、模式功能

I/O 管腳可以配置為模擬功能，作為模擬信號的輸出和輸入管腳，例如復(fù)用為AD口的時(shí)候，可以作為檢測電壓的模擬信號輸入口。

⑤、電壓轉(zhuǎn)換速率模式

在作用AD轉(zhuǎn)換口的時(shí)候，可以設(shè)置端口轉(zhuǎn)換速率為快速模式或慢速模式，默認(rèn)為快速模式。相對于快速模式，慢速模式轉(zhuǎn)滿時(shí)間會變長，隨之電流功耗也增大，但時(shí)精度會更加精確，根據(jù)應(yīng)用場景和自身需求，選擇適合的模式。

1.2.2. GPIO控制寄存器總覽

MCU所有的GPIO被分布到4個(gè)端口: PA,、PB、PC、PD。每個(gè)端口都擁有自己獨(dú)立的控制寄存器去管理 GPIO 的功能。下面的表列出了所有的寄存器以供參考。接下來會對每個(gè)寄存器做出詳解。

1.2.3. GPIO屏蔽寄存器

GPIO屏蔽寄存器可屏蔽下列寄存器的讀和寫操作：PIN、OUT、SET、CLR和 NOT，相當(dāng)于給這些寄存器上了個(gè)“鎖”，只有當(dāng)MASK寄存器相應(yīng)的BIT位被置 0，被屏蔽的寄存器才能進(jìn)行讀和寫操作。該寄存器上電后默認(rèn)為0，即不進(jìn)行GPIO屏蔽。當(dāng)配置1啟動屏蔽功能后，對處于輸出功能的端口進(jìn)行任何寫操作都無效，不會改變其當(dāng)前的輸出狀態(tài)。對處于輸入功能的端口進(jìn)行讀操作，無論此時(shí)端口處于何種電平，都會返回0.

1.2.4. GPIO管腳值寄存器

對配置為數(shù)字功能的端口，對該寄存器進(jìn)行讀操作將返回管腳的當(dāng)前邏輯值，不管該管腳是配置為輸入還是輸出，也不管它是配置為 GPIO 還是任何其它適用的備用數(shù)字功能，都可以直接進(jìn)行讀取。但也有例外，在以下兩種情況中， PIN 寄存器中讀出的管腳值無效：①、如果選擇了管腳的模擬功能（如適用），則不能讀取管腳狀態(tài)，例如將管腳選作 ADC 輸入會斷開管腳的數(shù)字功能。②、該引腳被GPIO屏蔽寄存器MASK給屏蔽了。

1.2.5. GPIO管腳輸出寄存器

在沒有被GPIO屏蔽寄存器MASK屏蔽的情況下，向該寄存器寫0或1將在相應(yīng)端口管腳產(chǎn)生低電平或高電平。但是對于所有其他配置（輸入、非GPIO功能），OUT 寄存器位的值對管腳輸出電平無效。讀取該寄存器將返回 GPIO 輸出寄存器的內(nèi)容，不管數(shù)字管腳配置和方向如何。

通過SET、CLR和NOT寄存器可以對OUT 寄存器執(zhí)行寫操作，允許按位對單個(gè)端口管腳進(jìn)行置位、清除、取反操作。以此來控制OUT 寄存器的輸出內(nèi)容。

1.2.6. GPIO管腳輸出置位寄存器

在沒有被GPIO屏蔽寄存器MASK屏蔽，端口DIR為輸出方向且端口功能為數(shù)字GPIO功能的情況下，寫1會將相應(yīng)端口管腳設(shè)為高電平。寫0對GPIO輸出電平無效。另外該寄存器為只寫寄存器，對其進(jìn)行讀操作是無效的。

1.2.7. GPIO管腳輸出清除寄存器

在沒有被GPIO屏蔽寄存器MASK屏蔽，端口DIR為輸出方向且端口功能為數(shù)字GPIO功能的情況下，寫1會將相應(yīng)端口管腳設(shè)為低電平。寫0對GPIO輸出電平無效。另外該寄存器為只寫寄存器，對其進(jìn)行讀操作是無效的。

1.2.8. GPIO管腳輸出取反寄存器

在沒有被GPIO屏蔽寄存器MASK屏蔽，端口DIR為輸出方向且端口功能為數(shù)字GPIO功能的情況下，寫1會將相應(yīng)端口的輸出狀態(tài)進(jìn)行反轉(zhuǎn)。寫0對GPIO輸出電平無效。另外該寄存器為只寫寄存器，對其進(jìn)行讀操作是無效的。

1.2.9. GPIO數(shù)據(jù)方向寄存器

在使用數(shù)字GPIO前，首先要確定的就是端口的數(shù)據(jù)方向。向該寄存器寫1會將端口設(shè)置為輸出模式，寫0設(shè)置為輸入模式。上電后端口默認(rèn)為輸入狀態(tài)。

1.2.10. GPIO中斷感應(yīng)寄存器

在文章開頭的介紹中，我們就說過MCU的每一個(gè)管腳是可以作為外部中斷信號。因此會有一系列與之對應(yīng)的中斷管理寄存器，來對每個(gè)端口的中斷進(jìn)行管理。這就是接下來要介紹的中斷寄存器。在使用端口中斷前，需要明確需要觸發(fā)中斷的條件。向中斷感應(yīng)寄存器ISENSEx寫入1，端口中斷的觸發(fā)方式為電平中斷。向寄存器寫入0，端口中斷的觸發(fā)方式為沿中斷觸發(fā)，具體需要什么樣的沿來觸發(fā)，這個(gè)還需要下面的中斷配置寄存器來設(shè)置。

1.2.11. GPIO中斷配置寄存器

緊接上文，在明確使用端口觸發(fā)方式為沿中斷觸發(fā)后，我們通過中斷配置寄存器IBEx來選擇沿觸發(fā)條件。向寄存器寫入1，管腳的上升沿和下降沿都觸發(fā)中斷。向寄存器寫入0，管腳只能由上升沿或下降沿中的一種來觸發(fā)中斷，具體由哪種來觸發(fā)，需要下面的中斷事件寄存器IEVx來決定。

1.2.12. GPIO中斷事件寄存器

當(dāng)中斷配置寄存器IBEx值為0時(shí)，中斷事件寄存器就決定著中斷觸發(fā)的條件，向寄存器寫1，上升沿觸發(fā)中斷。寫入0，則下降沿產(chǎn)生中斷。

1.2.13. GPIO中斷屏蔽寄存器

在實(shí)際的開發(fā)過程中，使用到中斷功能的端口畢竟是少數(shù)，因此MCU在上電后就默認(rèn)屏蔽了端口的中斷功能。如果要開啟端口的中斷功能，向?qū)?yīng)的寄存器位寫1即可。

1.2.14. GPIO原始中斷狀態(tài)寄存器

該寄存器的位讀出為高時(shí)反映了對應(yīng)管腳上的原始（屏蔽之前）中斷狀態(tài)，表示在觸發(fā) IE 之前所有的要求都滿足。位讀出為0時(shí)表示對應(yīng)的輸入管腳還未啟動中斷。該寄存器為只讀。

1.2.15. GPIO中斷狀態(tài)寄存器

該寄存器中的位讀為高反映了輸入觸發(fā)中斷的狀態(tài)。讀出為低則表示對應(yīng)的輸入管腳沒有中斷產(chǎn)生，或者中斷被屏蔽。讀出為高則表示對應(yīng)的輸入管腳有中斷產(chǎn)生。該寄存器為只讀。

1.2.16. GPIO中斷清除寄存器

在中斷發(fā)生后，程序會進(jìn)入中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中處理完中斷程序后，需要向中斷清除寄存器CLRx寫1來清除中斷標(biāo)志。

1.3. ME32F030R8T6的GPIO 庫函數(shù)函數(shù)

為了便于開發(fā)者快速上手，敏矽微電子官方例程中提供了gpio.c文件，其中包含了設(shè)置端口方向、讀取端口狀態(tài)、配置端口中斷等函數(shù)，供開發(fā)者直接使用。

1、設(shè)置GPIO為輸入方向

voidGPIO_ConfigPinsAsInput(PA_Type*port,uint16_tpins)

{

port->DIR =~pins;

return;

}

2、設(shè)置GPIO位輸出方向

voidGPIO_ConfigPinsAsOutput(PA_Type*port,uint16_tpins)

{

port->DIR|=pins;

return;

}

3、設(shè)置GPIO輸出高

voidGPIO_SetPin(PA_Type*port,uint16_tpin)

{

port->SET|=pin;

return;

}

4、設(shè)置GPIO輸出低

voidGPIO_ResetPin(PA_Type*port,uint16_tpin)

{

port->CLR|=pin;

return;

}

5、設(shè)置GPIO輸出反轉(zhuǎn)

voidGPIO_InvertOutPin(PA_Type*port,uint16_tpin)

{

port->NOT|=pin;

return;

}

6、讀取GPIO某個(gè)引腳的輸入狀態(tài)

uint8_tGPIO_GetPinState(PA_Type*port,uint16_tpin)

{

if(port->PIN pin)

return1;

else

return0;

}

7、讀取GPIO整個(gè)引腳的輸入狀態(tài)

uint16_tGPIO_GetPortState(PA_Type*port)

{

return(uint16_t)port->PIN;

}

8、屏蔽GPIO引腳

voidGPIO_SetPortMask(PA_Type*port,uint16_tpins)

{

port->MASK|=pins;

return;

}

9、使能GPIO引腳

voidGPIO_SetPortMask(PA_Type*port,uint16_tpins)

{

port->MASK|=pins;

return;

}

10、配置GPIO引腳的中斷功能

voidGPIO_EnableInt(PA_Type*port,uint16_tpin,uint8_ttriggeredge)

{

	port->IS =~pin;


port->IE|=pin;

	switch(triggeredge)

	{

		caseRISE_EDGE:
					port->IBE =~pin;

					port->IEV|=pin;			break;			caseFALL_EDGE:

					port->IBE =~pin;

					port->IEV =~pin;			break;			caseBOTH_EDGE:

					port->IBE|=pin;			break;				default:			break;



		}

		return;

}

11、清除GPIO引腳的中斷標(biāo)志

voidGPIO_ClrInt(PA_Type*port,uint16_tpins)

{

	port->IC=pins;

	return;
}

1.4. ME32F030R8T6的GPIO 開發(fā)實(shí)例

介紹完GPIO的原理和函數(shù)，接下來就用最經(jīng)典的LED小燈試驗(yàn)來進(jìn)行示例。

本例使用敏矽微電子專門為ME32F030R8T6提供的庫函數(shù)編寫程序。

實(shí)例程序的代碼如下：

intmain(void

{
	WDT->MOD=0;//關(guān)閉看門狗

	PB_9_INIT(PB_9_GPIO);//PB9（LED）設(shè)置為GPIO功能

	GPIO_ConfigPinsAsOutput(PB,IO_PIN9);//PB9（LED）設(shè)置為輸出方向

	while(1)

	{

		GPIO_InvertOutPin(PB,IO_PIN9);//PB9（LED）端口輸出反轉(zhuǎn)

		SYS_DelaymS(500);//延時(shí)500ms

	}

}

程序下載成功后，先在端口反轉(zhuǎn)這句話處打上一個(gè)斷點(diǎn)，然后全速運(yùn)行程序（快捷鍵F5）。隨后程序會停在斷點(diǎn)處，

此時(shí)先暫停觀察下LED小燈的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)紅圈標(biāo)注的小燈并沒有被點(diǎn)亮。

運(yùn)行結(jié)果1

接下來單步運(yùn)行程序，觀察執(zhí)行完端口反轉(zhuǎn)這段程序后的狀態(tài)。這時(shí)我們發(fā)現(xiàn)小燈已經(jīng)被點(diǎn)亮了。

繼續(xù)單步運(yùn)行，當(dāng)再次執(zhí)行端口反轉(zhuǎn)這段程序后，端口輸出就會反轉(zhuǎn)，接下來小燈就會熄滅。最后取消程序中的所有斷點(diǎn)，讓程序全速運(yùn)行起來，小燈便開始周期性的閃爍。

來源：敏矽MCU