敏矽微电子Cortex-M0学习笔记04——GPIO详解及应用实例

 

前面我们已经对敏矽微电子的基于cortex m0内核的ME32F030R8T6的基本功能做了介绍，然后详细讲解了开发环境MDK的安装，pack包的安装，工程的建立及程序的仿真，紧接着讲解了ME32F030R8T6的时钟系统。

如果说前面都是基础知识介绍和理论讲解，那么从本篇开始，我们不但会有理论介绍，还会结合敏矽微电子提供的ME32F030R8T6开发板进行实例验证，让大家看到实例运行的结果。

1、敏矽微电子Cortex-M0学习笔记04-GPIO详解及实例

首先我们对ME32F030R8T6芯片的I/O端口做一个大致的了解。

1.1. ME32F030R8T6的GPIO 概述

ME32F030R8T6提供多达 57个 GPIO 管脚。主要的特点有：

• 数字管脚可以用软件定义为输入或输出

• 管脚读写可以被屏蔽

• 多个管脚的置位、清零位用一条指令实现

• 管脚的输出取反

• 每一个管脚可作为外部中断信号

• 可编程的中断触发条件及中断优先级

• 所有GPIO管脚在复位后被配置成带上拉电阻的输入管脚

MCU的端口除了灵活易用的特点之外，其外设功能也十分强大。管脚功能由IO控制寄存器配置，除电源管脚，其余管脚均可复用。

系统复位后，管脚功能将被设置成默认值。

GPIO可以复用的功能如下：LED/LCD 驱动、触摸按键、ADC、定时器6输出、定时器7输出、PWM输出、UART0、UART1、SPI、I2C。

在使用端口复用功能时，通过 I/O 配置寄存器IOCON对端口进行功能设置，每个引脚对应的复用功能，请参照官方数据手册的详细说明。

1.2. ME32F030R8T6的GPIO 寄存器详解

对于使用过单片机开发产品的人来说，功能繁多、名称各异的寄存器应该是最重要也是最令人头疼的地方，但是没办法，想要开发出功能稳定、性能可靠的产品，就必须来硬着头皮查看各个寄存器的功能和配置方法。

当然，对于ME32F030R8T6来说，官方推出了库函数，利用这些库函数可以不必关心具体的寄存器就能编写出合适的程序。但是对于想要深入了解的话，还是要看看寄存器的。

1.2.1. GPIO功能配置寄存器

MCU有一系列的GPIO 控制寄存器来实现对I/O口的灵活控制。

首先我们对 I/O 配置寄存器IOCON做一个介绍，因为它决定着I/O端口的功能选择和电气特性。所以需要拿出来单独进行介绍，该寄存器的每一位的功能如下：

①、管脚功能：

IOCON 寄存器中的 FUNC 位可设为 GPIO (FUNC = 000) 或外设功能。如果将管脚配置为 GPIO 管脚，则 DIR 寄存器决定管脚是配置为输入还是输出。对于任何外设功能，会根据管脚的功能自动控制管脚方向。GPIO 的 DIR 寄存器此时对外设功能无效。

②、管脚模式：

IOCON 寄存器的 MODE 位允许为每个管脚使能或禁止片内上拉电阻。默认情况下，所有管脚的上拉电阻都被使能。

③、管脚驱动

对于每个正常驱动管脚，可以选择两种电流的输出驱动，即低电流模式和高电流模式。用户可以根据自己的实际需求进行选择。

④、开漏模式

所有数字 I/O 管脚都可为开漏模式。但是请注意，该模式并不是真正的开漏模式。输入上拉至不能超过VDD。

⑤、模式功能

I/O 管脚可以配置为模拟功能，作为模拟信号的输出和输入管脚，例如复用为AD口的时候，可以作为检测电压的模拟信号输入口。

⑤、电压转换速率模式

在作用AD转换口的时候，可以设置端口转换速率为快速模式或慢速模式，默认为快速模式。相对于快速模式，慢速模式转满时间会变长，随之电流功耗也增大，但时精度会更加精确，根据应用场景和自身需求，选择适合的模式。

1.2.2. GPIO控制寄存器总览

MCU所有的GPIO被分布到4个端口: PA,、PB、PC、PD。每个端口都拥有自己独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参考。接下来会对每个寄存器做出详解。

1.2.3. GPIO屏蔽寄存器

GPIO屏蔽寄存器可屏蔽下列寄存器的读和写操作：PIN、OUT、SET、CLR和 NOT，相当于给这些寄存器上了个“锁”，只有当MASK寄存器相应的BIT位被置 0，被屏蔽的寄存器才能进行读和写操作。该寄存器上电后默认为0，即不进行GPIO屏蔽。当配置1启动屏蔽功能后，对处于输出功能的端口进行任何写操作都无效，不会改变其当前的输出状态。对处于输入功能的端口进行读操作，无论此时端口处于何种电平，都会返回0.

1.2.4. GPIO管脚值寄存器

对配置为数字功能的端口，对该寄存器进行读操作将返回管脚的当前逻辑值，不管该管脚是配置为输入还是输出，也不管它是配置为 GPIO 还是任何其它适用的备用数字功能，都可以直接进行读取。但也有例外，在以下两种情况中， PIN 寄存器中读出的管脚值无效：①、如果选择了管脚的模拟功能（如适用），则不能读取管脚状态，例如将管脚选作 ADC 输入会断开管脚的数字功能。②、该引脚被GPIO屏蔽寄存器MASK给屏蔽了。

1.2.5. GPIO管脚输出寄存器

在没有被GPIO屏蔽寄存器MASK屏蔽的情况下，向该寄存器写0或1将在相应端口管脚产生低电平或高电平。但是对于所有其他配置（输入、非GPIO功能），OUT 寄存器位的值对管脚输出电平无效。读取该寄存器将返回 GPIO 输出寄存器的内容，不管数字管脚配置和方向如何。

通过SET、CLR和NOT寄存器可以对OUT 寄存器执行写操作，允许按位对单个端口管脚进行置位、清除、取反操作。以此来控制OUT 寄存器的输出内容。

1.2.6. GPIO管脚输出置位寄存器

在没有被GPIO屏蔽寄存器MASK屏蔽，端口DIR为输出方向且端口功能为数字GPIO功能的情况下，写1会将相应端口管脚设为高电平。写0对GPIO输出电平无效。另外该寄存器为只写寄存器，对其进行读操作是无效的。

1.2.7. GPIO管脚输出清除寄存器

在没有被GPIO屏蔽寄存器MASK屏蔽，端口DIR为输出方向且端口功能为数字GPIO功能的情况下，写1会将相应端口管脚设为低电平。写0对GPIO输出电平无效。另外该寄存器为只写寄存器，对其进行读操作是无效的。

1.2.8. GPIO管脚输出取反寄存器

在没有被GPIO屏蔽寄存器MASK屏蔽，端口DIR为输出方向且端口功能为数字GPIO功能的情况下，写1会将相应端口的输出状态进行反转。写0对GPIO输出电平无效。另外该寄存器为只写寄存器，对其进行读操作是无效的。

1.2.9. GPIO数据方向寄存器

在使用数字GPIO前，首先要确定的就是端口的数据方向。向该寄存器写1会将端口设置为输出模式，写0设置为输入模式。上电后端口默认为输入状态。

1.2.10. GPIO中断感应寄存器

在文章开头的介绍中，我们就说过MCU的每一个管脚是可以作为外部中断信号。因此会有一系列与之对应的中断管理寄存器，来对每个端口的中断进行管理。这就是接下来要介绍的中断寄存器。在使用端口中断前，需要明确需要触发中断的条件。向中断感应寄存器ISENSEx写入1，端口中断的触发方式为电平中断。向寄存器写入0，端口中断的触发方式为沿中断触发，具体需要什么样的沿来触发，这个还需要下面的中断配置寄存器来设置。

1.2.11. GPIO中断配置寄存器

紧接上文，在明确使用端口触发方式为沿中断触发后，我们通过中断配置寄存器IBEx来选择沿触发条件。向寄存器写入1，管脚的上升沿和下降沿都触发中断。向寄存器写入0，管脚只能由上升沿或下降沿中的一种来触发中断，具体由哪种来触发，需要下面的中断事件寄存器IEVx来决定。

1.2.12. GPIO中断事件寄存器

当中断配置寄存器IBEx值为0时，中断事件寄存器就决定着中断触发的条件，向寄存器写1，上升沿触发中断。写入0，则下降沿产生中断。

1.2.13. GPIO中断屏蔽寄存器

在实际的开发过程中，使用到中断功能的端口毕竟是少数，因此MCU在上电后就默认屏蔽了端口的中断功能。如果要开启端口的中断功能，向对应的寄存器位写1即可。

1.2.14. GPIO原始中断状态寄存器

该寄存器的位读出为高时反映了对应管脚上的原始（屏蔽之前）中断状态，表示在触发 IE 之前所有的要求都满足。位读出为0时表示对应的输入管脚还未启动中断。该寄存器为只读。

1.2.15. GPIO中断状态寄存器

该寄存器中的位读为高反映了输入触发中断的状态。读出为低则表示对应的输入管脚没有中断产生，或者中断被屏蔽。读出为高则表示对应的输入管脚有中断产生。该寄存器为只读。

1.2.16. GPIO中断清除寄存器

在中断发生后，程序会进入中断服务子程序。在中断服务子程序中处理完中断程序后，需要向中断清除寄存器CLRx写1来清除中断标志。

1.3. ME32F030R8T6的GPIO 库函数函数

为了便于开发者快速上手，敏矽微电子官方例程中提供了gpio.c文件，其中包含了设置端口方向、读取端口状态、配置端口中断等函数，供开发者直接使用。

1、设置GPIO为输入方向

 

void GPIO_ConfigPinsAsInput(PA_Type *port, uint16_t pins)

{

    port->DIR  = ~pins;

    return;

}

 

2、设置GPIO位输出方向

 

void GPIO_ConfigPinsAsOutput(PA_Type *port, uint16_t pins)

{

    port->DIR|=pins;

    return;

}

 

3、设置GPIO输出高

 

void GPIO_SetPin(PA_Type *port, uint16_t pin)

{

    port->SET |= pin;

    return;

}

 

4、设置GPIO输出低

 

void GPIO_ResetPin (PA_Type *port, uint16_t pin)

{

    port->CLR |= pin;

    return;

}

 

5、设置GPIO输出反转

 

void GPIO_InvertOutPin (PA_Type *port, uint16_t pin)

{

    port->NOT |= pin;

    return;

}

 

6、读取GPIO某个引脚的输入状态

 

uint8_t GPIO_GetPinState(PA_Type *port, uint16_t pin)

{

    if (port->PIN   pin)

    return 1;

    else

    return 0;

}

 

7、读取GPIO整个引脚的输入状态

 

uint16_t GPIO_GetPortState(PA_Type *port)

{

    return (uint16_t)port->PIN;

}

 

8、屏蔽GPIO引脚

 

void GPIO_SetPortMask(PA_Type *port, uint16_t pins)

{

    port->MASK |= pins;

    return;

}

 

9、使能GPIO引脚

 

void GPIO_SetPortMask(PA_Type *port, uint16_t pins)

{

    port->MASK |= pins;

    return;

}

 

10、配置GPIO引脚的中断功能

 

void GPIO_EnableInt(PA_Type *port, uint16_t pin, uint8_t triggeredge)

{

	port->IS  = ~pin;


        port->IE |= pin;

    	switch(triggeredge)

    	{

    		case RISE_EDGE:
					port->IBE  = ~pin;

					port->IEV |= pin;			break;			case FALL_EDGE:

					port->IBE  = ~pin;

					port->IEV  = ~pin;			break;			case BOTH_EDGE:

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



    		}

    		return;

}

 

11、清除GPIO引脚的中断标志

 

void GPIO_ClrInt(PA_Type *port, uint16_t pins)

{

    	port->IC =pins;

    	return;
}

 

1.4. ME32F030R8T6的GPIO 开发实例

介绍完GPIO的原理和函数，接下来就用最经典的LED小灯试验来进行示例。

本例使用敏矽微电子专门为ME32F030R8T6提供的库函数编写程序。

实例程序的代码如下：

 

int main(void

{
	WDT->MOD=0;          //关闭看门狗   

	PB_9_INIT(PB_9_GPIO);          //PB9（LED）设置为GPIO功能

	GPIO_ConfigPinsAsOutput(PB, IO_PIN9);  //PB9（LED）设置为输出方向

	while (1)

	{

		GPIO_InvertOutPin(PB, IO_PIN9);  //PB9（LED）端口输出反转

		SYS_DelaymS(500);                //延时500ms

	}

}

 

程序下载成功后，先在端口反转这句话处打上一个断点，然后全速运行程序（快捷键F5）。随后程序会停在断点处，

此时先暂停观察下LED小灯的状态，发现红圈标注的小灯并没有被点亮。

运行结果1

接下来单步运行程序，观察执行完端口反转这段程序后的状态。这时我们发现小灯已经被点亮了。

继续单步运行，当再次执行端口反转这段程序后，端口输出就会反转，接下来小灯就会熄灭。最后取消程序中的所有断点，让程序全速运行起来，小灯便开始周期性的闪烁。

来源：敏矽MCU

　　审核编辑：汤梓红