微控制器外围功能的六部分系列之GPIO(通用输入/输出)

描述

本文介绍了学习微控制器外围功能的六部分系列中的第一部分,该系列是 GPIO(通用输入/输出)。它讨论了重要的外围设备,即 GPIO,以及使用 GR-SAKURA 和编程提示对 GPIO 进行编程,以防止“颤动”或由开关移动引起的某种程度的快速振动。

CPU 和内存是大脑。外围设备是 Brawn。

MCU(微控制器)广泛用于控制所有类型的电子设备。正如我们在之前的“微控制器简介”系列中所解释的那样,MCU 由 CPU(中央处理单元)、存储器和实现各种外设支持功能的附加电路组成(见图 1)。CPU通过读取程序和以下指令进行操作:读取数据、进行计算和比较、根据比较结果生成其他操作等指令。内存的作用不仅是存储数据,还包括程序本身。

GPIO

重要外设:GPIO 端口

GPIO(通用输入/输出)端口处理传入和传出的数字信号。作为输入端口,它可用于将从开关接收到的 ON/OFF 信号或从传感器接收到的数字读数与 CPU 进行通信。作为输出口,它可以根据CPU指令和计算结果驱动外部操作——例如,根据计算结果驱动LED显示屏,或者输出驱动信号给电机。

GPIO 被称为“通用”,因为每个引脚都可以自由设置为用作输入或输出。在早期的 MCU 中,每个端口要么专门输入,要么专门输出。然而,GPIO 是灵活的。如果它有 8 个引脚,您可以将它们设置为最适合您的需要:4 输入 4 输出,或 7 输入 1 输出,或任何其他组合。

请注意,当程序读取、写入和操作数字值(0 和 1)时,外部设备通常使用信号电平:低电压和高电压。GPIO 处理两个方向的必要转换。让我们看看 RX63N 的 GPIO 使用的基本寄存器 (*1)(见图 2)。

GPIO

使用 GR-SAKURA 对 GPIO 进行编程

为了获得 GPIO 端口如何工作的一些实践知识,让我们编写一个程序,通过点亮 LED 来响应按下开关。我们将使用 Sakura 的“数字 I/O”库来方便我们的编程。

图 3 显示了根据开关值打开和关闭指定 LED(LED 0)的程序代码,其中 GPIO 端口用于获取开关设置和发送 LED 开/关信号。该程序以调用 pinMode 函数 (1) 的设置函数开始,该函数将连接到开关的引脚设置为输入模式,将连接到 LED 的引脚设置为输出模式。我们在这里使用设置函数,因为引脚模式设置必须只进行一次。

GPIO

编程提示:防止“喋喋不休”引起的问题

开关通过完成(闭合)或阻断(打开)电路来工作:当开关闭合时电流流动,而当它打开时不流动。然而,由于开关是机械装置,因此不能依靠它以瞬时和干净的方式改变电路状态。相反,开关的移动总是会产生某种程度的快速振动,这会导致短暂的中间“颤动”阶段,在该阶段电路在稳定到正确状态之前快速循环打开和关闭。您可能想尝试运行以下程序(图 4)以更好地了解实际中的喋喋不休。

GPIO

所需的操作是使 LED 在按下和松开开关时平稳地亮起和熄灭。但这会一直发生吗?如果在抖动过程中读取开关信号,结果是不可预测的。这就是我们在图 3 所示的程序中引入“颤动”延迟的原因。

编辑:hfy

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