附件 ： Chapter 6 GPIO的工作原理與實驗.ppt

一、什么是GPIO？ ??? 首先應該理解什么是GPIO。GPIO，英文全稱為General-Purpose IO ports，也就是通用IO口。在嵌入式系統中常常有數量眾多，但是結構卻比較簡單的外部設備/電路，對這些設備/電路有的需要CPU為之提供控制手段， 有的則需要被CPU用作輸入信號。而且，許多這樣的設備/電路只要求一位，即只要有開/關兩種狀態就夠了，比如燈亮與滅。對這些設備/電路的控制，使用傳 統的串行口或并行口都不合適。所以在微控制器芯片上一般都會提供一個“通用可編程IO接口”，即GPIO。接口至少有兩個寄存器，即“通用IO控制寄存器 ”與“通用IO數據寄存器”。數據寄存器的各位都直接引到芯片外部，而對這種寄存器中每一位的作用，即每一位的信號流通方向，則可以通過控制寄存器中對應 位獨立的加以設置。這樣，有無GPIO接口也就成為微控制器區別于微處理器的一個特征。 ??? 在實際的MCU中，GPIO是有多種形式的。比如，有的數據寄存器可以按照位尋址，有些卻不能按照位尋址，這在編程時就要區分了。比如傳統的8051系 列，就區分成可位尋址和不可位尋址兩種寄存器。另外，為了使用的方便，很多mcu把glue logic等集成到芯片內部，增強了系統的穩定性能，比如GPIO接口除去兩個標準寄存器必須具備外，還提供上拉寄存器，可以設置IO的輸出模式是高阻， 還是帶上拉的電平輸出，或者不帶上拉的電平輸出。這在電路設計中，外圍電路就可以簡化不少。 ??? 明白了這個道理，不同的MCU，提供的GPIO口的數目不同，可選擇的glue logic也不同。所以，在了解共性的基礎上去了解個性。 ??? 另外需要注意的是，對于不同的計算機體系結構，設備可能是端口映射，也可能是內存映射的。如果系統結構支持獨立的IO地址空間，并且是端口映射，就必須使 用匯編語言完成實際對設備的控制，因為C語言并沒有提供真正的“端口”的概念。如果是內存映射，那就方便的多了。舉個例子，比如像寄存器A（地址假定為 0x48000000）寫入數據0x01，那么就可以這樣設置了。

#define A (*(volatile unsigned long *)0x48000000) ... ???? A = 0x01; ...

??? 這實際上就是內存映射機制的方便性了。其中volatile關鍵字是嵌入式系統開發的一個重要特點。這個就不再這里總結了。上述表達式拆開來分析，首先 (volatile unsigned long *)0x48000000的意思是把0x48000000強制轉換成volatile unsigned long類型的指針，暫記為p，那么就是#define A *p，即A為P指針指向位置的內容了。這里就是通過內存尋址訪問到寄存器A，可以讀/寫操作。 二、S3C2410的GPIO的特點 ??? 首先看看introduction。

· 117-bit general purpose I/O ports / 24-ch external interrupt source

??? 可見，s3c2410的GPIO有117pin，下面應該到9 IO ports看看詳細部分了。

The S3C2410X has 117 multi-functional input/output port pins. The ports are: — Port A (GPA): 23-output port — Port B (GPB): 11-input/output port — Port C (GPC): 16-input/output port — Port D (GPD): 16-input/output port — Port E (GPE): 16-input/output port — Port F (GPF): 8-input/output port — Port G (GPG): 16-input/output port — Port H (GPH): 11-input/output port

??? 這么多的IO口，其實很多是復合功能的，既可以作為普通的IO口使用，也可以作為特殊外設接口。在程序設計時，要對整體的資源有所規劃，初始化時就應該把所有資源安排合理。這樣才會避免出現問題。當然，僅僅做一個最簡單的led燈實驗，倒是省去了很多步驟。 ??? 現在的8個端口，其寄存器是相似的。除了兩個通用寄存器GPxCON、GPxDAT外，還提供了GPxUP用于確定是否使用內部上拉電阻（其中x為A-H，需要注意的是沒有GPAUP）。應用的主要步驟就是： ??? ·設置GPIO控制寄存器GPxCON ??? ·設置GPIO上拉寄存器GPxUP ??? 初始化完成后，就可以通過對GPxDAT的操作來實現相應的應用了。其中，PORT A與PORT B-H在功能選擇方面有所不同，GPACON的每一位對應一根引腳（共23pin有效）。當某位設為0，相應引腳為輸出引腳，此時往GPADAT中寫 0/1，可以讓引腳輸出低電平/高電平；當某位設為1，則相應引腳為地址線，或者用于地址控制，此時GPADAT沒有用了。一般而言，GPACON通常全 設為1，以便訪問外部存儲器件。PORT B-H在寄存器操作方面完全相同。GPxCON中每兩位控制一根引腳：00表示輸入，01表示輸出，10表示特殊功能，11保留。GPxDAT用于讀/寫 引腳：當引腳設為輸入時，讀此寄存器可知相應引腳狀態是高/低；當引腳設為輸出時，寫此寄存器相應位可以使相應引腳輸出低電平或高電平。GPxUP：某位 設為0，相應引腳無內部上拉；為1，相應引腳使用內部上拉。關于特殊功能，那就得結合特殊外設來進行設置了。 ??? 這算是最簡單的部分。完成一個led燈實驗，可以用來做后續實驗的調試手段。 基本實驗一：LED燈循環點亮 ??? 在EDUKIT-III實驗箱上，有四個LED燈，與IO口的對應關系為GPF[7:4]----LED[4:1]。當IO引腳輸出為低電平的時 候，LED燈被點亮。只需要關注三個寄存器GPFCON、GPFDAT、GPFUP。由于硬件電路的關系，設置上拉電阻與否并不影響LED燈的點亮，所以 GPFUP可以不必考慮。剩下的就是GPFCON和GPFDAT。 ??? 我參考了《S3C2410完全開發》和vivi源代碼，對前者的源代碼進行了完善和修正，形成了兩個版本。版本1是采用ARM匯編語言完成，版本2采用C 語言完成。版本1練習了宏定義函數，子程序等，相對而言比較簡單。版本2重點練習了軟件架構，雖然短小，但是仍然模仿了vivi的軟件架構。只是沒有必要 寫復雜的Makefile，所以只寫了比較簡單的Makefile。在編寫過程中，發現自己對ld，objcopy，和一些細節沒有很好的把握，經過查看 資料，已經基本掌握，后續工作需要就這些工具進行深入的學習，目標是能夠熟練掌握。 ARM匯編版本： ??? （1）我采用了延時子程序，但是上電復位后，WDT默認是打開的。所以在程序的開始要禁用WDT。 ??? （2）關于ARM的跳轉指令B、BL、BX要區分開。B一般用于本段內的指令跳轉，而BL用于子程序調用，BX用于ARM和THUMB狀態的切換。特別地 說，BL指令會將下一條指令的地址拷貝到LR中，然后跳轉到指定的地址運行程序。所以，子程序調用的模型為： ??? bl delay ??? ... delay: ??? ... ??? mov pc, lr ??? 明確了這兩條，程序就不難理解了。源代碼見上傳的附件。 C語言版本： ??? （1）軟件架構仿照了vivi，也可以說是Linux Kernel。當然，僅僅寫這么小的程序用不到這么麻煩，但是可以訓練這種架構，為寫中型大型程序打好基礎。 ??? （2）注意C語言下實現寄存器讀寫的(*(volatile unsigned long *)(addr))。其實就是要掌握volatile和指針的用法，明白在嵌入式環境中，為什么要這樣操作。 ??? （3）寫c時，要注意頭文件如何處理。寫Makefile時，要注意是否采用隱含規則，如果不采用，就要自己定義明確規則，就像vivi里面的 Rules.make。在這里，因為只是涉及到.s的編譯不采用隱含規則，所以沒有把Rules.make單獨拿出，事實上可以單獨寫為 Rules.make，然后在Makefile后加入include Rules.make就可以了。 ??? （4）要調用C子程序，必須分配堆棧空間。因為子程序調用時，要進行入棧出棧處理。又因為從nand flash啟動，而nand flash在S3C2410下的特點規定堆棧不能超過4K。 ??? 經過測試，兩個程序都可以很好的運行。四個燈循環點亮^_^

???????????????? 文件打包:led_c.tar.gz
基本實驗二：蜂鳴器 ??? 這個實驗比較簡單，本來《S3C2410完全開發》下個實驗是IO ports，用按鍵控制燈亮滅，但是我的開發板沒有相應的硬件功能部分。所以就以buzzer實驗代替。 ??? 這里應該弄清楚蜂鳴器的工作原理，并且知道硬件電路應該怎么設計。從百度上搜索了一篇文章，講解得比較清晰。網址如下： [url]http://www.ourmpu.com/mcujx/fmqsy.htm[/url] 【整理部分資料放在這里： ??? 蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發聲器件；蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 ??? 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成，當接通電源后（1.5~15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.5～2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發聲。 ??????????????????????
??? 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發聲。 ??? 電磁式蜂鳴器驅動原理 ??????????????????????
???? 蜂鳴器發聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場來驅動振動膜發聲的，因此需要一定的電流才能驅動它，單片機IO引腳輸出的電流較小，單片機輸出的 TTL電平基本上驅動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。S51增強型單片機實驗板通過一個三極管C8550來放大驅動蜂鳴器，原理圖見下圖： ??? 如圖所示，蜂鳴器的正極接到VCC（＋5V）電源上面，蜂鳴器的負極接到三極管的發射極E，三極管的基級B經過限流電阻R1后由單片機的P3.7引腳控 制，當P3.7輸出高電平時，三極管T1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發聲；當P3.7輸出低電平時，三極管導通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發出聲 音。因此，我們可以通過程序控制P3.7腳的電平來使蜂鳴器發出聲音和關閉。程序中改變單片機P3.7引腳輸出波形的頻率，就可以調整控制蜂鳴器音調，產 生各種不同音色、音調的聲音。另外，改變P3.7輸出電平的高低電平占空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小，這些我們都可以通過編程實驗來驗證。】 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

轉載于:https://blog.51cto.com/enchen/152196

總結

以上是生活随笔為你收集整理的GPIO实验的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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