GPIO及其应用举例[1].doc

第四章 GPIO多路复用器及其应用举例4.1 F2812端口概述DSP F2812提供了56个多功能引脚，这些引脚像单片机的P3端口一样，具有第二功能。一方面，这些引脚作为片内某些资源的输入或输出引脚，实现片内某些外设功能。另一方面，在片内外设功能不被使能情况下，该端口又可以作为一般的输入输出端口使用，实现普通I/O口输入或输出高低电平信号的功能。以GPIOF0_GPIOF4为例，当片内SPI外设被使能时，上述引脚作为SPI接口的数据通讯引脚使用，GPIOF2作为SPICLKA，为SPI通讯的时钟脉冲信号，用来输出或输入时钟信号，GPIOF0作为SPIMOSIA，用来作为SPI口的从机输入主机输出端口。在SPI外设功能不被使能时，该四个端口作为普通的输入输出I/O口使用。F2812的GPIO多路复用器在将有关引脚用作数字I/O时，将端口分为五组，组成两个16位的数字I/O口GPIOA和GPIOB；组成一个15位的数字I/O口GPIOF。4位的数字I/O口GPIOD；一个3位的数字I/O口GPIOE。如下图所示。图4.1 GPIO多路复用端口4.2 GPIO控制寄存器F2812的多功能端口作为GPIO端口使用时，可以通过使用GPIO的有关寄存器可以选择和控制这些共享引脚的操作，。例如：通过GPxMUX寄存器可以把这些引脚作为数字I/O或片内外设I/O口。如果选择某个引脚作为数字I/O口，则可以通过GPxDIR寄存器来设置引脚的方向；另外，可以通过GPxQUAL寄存器来改善输入信号，有效的消除输入信号的毛刺脉冲的干扰。每个GPIO通过功能控制、方向、数据、设置、清除和反转触发寄存器来控制。GPxMUX寄存器每个I/O口都有一个功能选择寄存器，用来配置I/O工作在外设操作模式或数字量I/O模式。例如：存储器映像寄存器GPAMUX（0x70C0，容量16位），作为GPIOA组端口的功能选择寄存器。GPBMUX（0x70C4，容量16位）为GPIOB口功能选择寄存器。复位期间所有GPIO配置成I/O功能。GPxMUX.bit = 0，配置成I/O功能；GPxMUX.bit = 1，配置成外设功能；GPxDIR寄存器每个I/O口都有方向控制寄存器，用来配 置I/O的方向。复位时，所有GPIO位输入。GPxDIR.bit = 0，引脚配置为数字量输入；GPxDIR.bit = 1，引脚配置为数字量输出；GPxDAT寄存器每个I/O口都有数据寄存器，如果I/O配置为输入，反映当前经过量化后I/O口的输入信号的状态。复位时，所有GPIO位输入。GPxDAT.bit = 0，且引脚配置输出功能，将相应的引脚拉低；GPxDAT.bit =1，且引脚配置输出功能，将相应的引脚拉高；GPxQUAL寄存器从GPxDAT寄存器读取的相应引脚状态，通过量化寄存器GPxQUAL量化输入信号，消除外部噪声。GPxQUAL寄存器用来量化采样周期；采样窗口是6个采样周期宽度，只有当所有采样的数据相同时，输出才会改变。这个功能可以有效地消除输入信号的毛刺脉冲的干扰。图4.2 GPxQUAL寄存器量化采样4.3 GPIO应用举例88LED点阵控制应用DSP的GPIO端口控制输出数据，控制88点阵进行图形或字符显示。4.3.1 硬件电路设计电路如下图所示。74164为串行输入并行输出移位寄存器。设计中，选择两片74164分别控制点阵模块的行和列，控制数据从DSP端口输出。其中，GPIOF0输出数据与U1的74164的A端口相连，GPIOF1与B口连接，两个端口用来输出对点阵进行显示控制的数据，GPIOF2输出模拟时钟脉冲信号，与74164的CLK引脚相连，GPIOF3连接CLR清零端。DSP F2812的GPIOB0-GPIOB3与另外一片74164的A、B、CLR、CLK对应相连。如图所示。图4.3 88点阵电路图4.3.1.1 88点阵内部电路点阵内部为排列的88个发光二极管，每一个二极管都在行线和列线的交点处，要同时受到行和列的控制才能点亮。二极管阵列的正向端分别由COL1-COL8端口控制，负向端通过端口ROW1-ROW8控制。在驱动某个点阵点点亮时，需要同时控制该发光二极管正端接高电平，负端接低电平即可。例如：要使得COL4和ROW4交点处二极管点亮，则需要在端口COL端输入数据：00001000（08H），在ROW端输入：00001000（08H）。图4.4 88点阵内部电路4.3.1.2 串行输入并行输出移位寄存器74164功能如图所示为74164的引脚图，CLEAR为清零端,CLOCK为时钟脉冲输入端，A、B端口为串行输入数据引脚, Q0Q7为数据输出引脚。从真值表可以看出，CLEAR为逻辑低电平时，无论其他引脚电平信号如何，从QA-QH端口输出均为低电平，实现输出清零。 A、B输入信号为相与的关系，相与后的结果送入内部RS触发器。在CLOCK脉冲信号的上升沿，采样输入脚A、B相与后的结果，作为内部RS触发器的输入信号，根据输入数据触发输出，从QA端口输出。在QA端口输出更新数据时，QB端口输出数据为QA端口更新前的QAn，QC端口输出数据为QBn，依次类推。图4.5 74164引脚图图4.6 74164内部电路以如下时序图为例说明： 在图中标注的时钟脉冲1时刻，A端口输入为高电平，B端口输入为逻辑1，在CLOCK上升沿，采样输入信号，经过内部RS触发器，在QA端口输出逻辑1，此时，QB输出为QA更新前QAn，更新前QAn为逻辑0，因此，QB输出为0，QC输出为QBn，QD输出为QCn，依此类推，QH输出为QGn，输出均为0。在图中标注的时钟脉冲1-8时刻，从A端口串行输入的数据为1101 0000，从B端口输入数据为1111 1111逻辑1，AB相与后输入内部RS触发器的串行数据为：1101 0000。经过8个时钟脉冲后，从第八个时钟脉冲上升沿后QA-QH引脚电平可以看出，该串行数据从QA-QH端口并行输出，即从QH-QA输出电平为：1101 0000。从而，实现了将串行输入数据并行输出的功能。图4.7 74164时序图4.3.2 程序分析 主程序主要包括系统初始化、中断向量初始化、设置GPIO端口、控制数据传输几个步骤。4.3.2.1 设置GPIO端口的配置函数void Gpio_select(void)EALLOW; GpioMuxRegs.GPBMUX.all=0x0000; /设置B组端口为GPIO功能 GpioMuxRegs.GPBDIR.all=0xFFFF; / 设置B组端口为输出端口 GpioMuxRegs.GPFMUX.all=0x0000; /设置F组端口为GPIO功能 GpioMuxRegs.GPFDIR.all=0xFFFF ; / 设置F组端口为输出端口 EDIS; 需要注意：EALLOW在DSP28_Device.h头文件中，通过“#define EALLOWasm( EALLOW)”在C语言主函数中嵌入汇编语言指令，汇编指令“EALLOW”其含义为开放存储器映像寄存器，设置该命令后，可以对MMR内容进行修改。当需要配置或修改MMR内容时，必须先写入EALLOW汇编指令。反之，如果不首先写入EALLOW汇编指令，无法完成对相应MMR内容的修改。EDIS：为结束修改MMR的汇编命令。当MMR配置完成后，需要写入该命令。4.3.2.2 控制数据串行输出函数void sendto1(unsigned char kdab) unsigned char i; CLK1=0; /控制时钟脉冲引脚输出设置为低电平 for(i=0;i1; /数据右移，提取下一位串行数据 74164为串行输入/并行输出移位寄存器，控制点阵的数据需要从DSP的gpio端口串行输出。为满足74164工作时序，采用GPIO端口模拟74164的工作时序。从DINC输出串行输出数据，同时，在CLK1脚模拟控制脉冲信号。 图4.8 串行数据输出控制 串行数据传输函数如上所示。函数变量dab为需要传输的串行数据。例如：需要传输的数据dab为1111 0011（F3H），如下图所示。通过变量dab同二进制数0x01相与，将要传输数据的最低位取出。kdab&0x01结果为1时，则表示传输数据的最低位1。然后，将判别后的数据送入DINC即GPIOF0端口，经过硬件电路连接，从而传到U1的74164的A端口。然后，在程序中应用“CLK1=1; CLK1=0;”命令， 将CLK1即GPIOF2模拟产生时钟脉冲信号，根据74164时序图，在时钟上升沿将送到A端口的数据移位输出。之后，将传输数据右移位，判别次低位数据，kdab&0x01结果为1时，则表示传输数据的最低位1， kdab&0x01结果为0时，则表示传输数据的最低位0。模拟产生脉冲，控制数据移入74164。经过8次循环，则将8位数据串行输出到74164的端口，并行输出到输出端口。4.3.2.3 输出字符与字模阵列图4.9 字模提取软件 在点阵模块中字符的显示，应用字模生成软件获得显示字符的字模，采用动态扫描的控制方式显示。以在点阵模块显示字符“中”为例，首先采用字模提取软件获得字符的字模。“中”字的字模组合为“10H，FEH，92H，FEH，10H，10H，10H，10H”。 在控制显示时，采用动态扫描的显示方式。首先将字模中二进制数10H送入点阵模块的行扫描数据输入端口，然后在列扫描线上输出控制第一行点阵二极管点亮的数据“0111 1111”，则点阵中第一行的第四个二极管点亮，显示“中”字上面的一点。接下来，将“FEH” 送入点阵模块的行扫描数据输入端口，然后在列扫描线上输出控制第二行点阵二极管点亮的数据“1011 1111”，此时，第二行的1-7二极管点亮，显示出“中”字的上面一横，之前第一行的第四个二极管灭。继续，行端口输入“92H”，列端口输入控制第三行二极管点亮的控制信号“1101 1111”，于是，在第三行上1、4、7二极管亮，其他行灭。依次类推，直到第八行显示。 在控制显示中，每一行逐次轮回显示，由于人本身有的视觉暂留效应，我们只要适当控制每一行的显示延时，就可以将要显示的字符“中”字动态的显示在点阵模块中。在编写程序中，我们采用数组数组dispdata存放行值，用数组dispbit存放列值。dispdata8=0x10,0xFE,0x92,0xFE,0x10,0x10,0x10,0x10, dispbit8=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe，用两个函数sendto1(dispbit)和sendto2(dispdata)分别发送数据，由此显示出字模。调整延时程序void DELAY() unsigned long k,j; for(k=0;k10;k+) for(j=0;j100;j+);由于扫描速度很快，扫描8列的数据在人眼看来是同时的，所以就可以看到8_8LED字模中显示的字模。4.3.3 参考主程序：#include DSP28_Device.h#include DSP28_Globalprototypes.h/*端口GPIOF0用DINA表示，“#define”为宏定义，以下程序中用字符“DINA”代表成员变量GpioDataRegs.GPFDAT.bit.GPIOF0，增加程序的可读性。其他端口定义用法相同。*/#define DINA GpioDataRegs.GPFDAT.bit.GPIOF0 #define DINB GpioDataRegs.GPFDAT.bit.GPIOF1#define CLK2GpioDataRegs.GPFDAT.bit.GPIOF2#define CLEAR2GpioDataRegs.GPFDAT.bit.GPIOF3#define DINC GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB0#define DIND GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB1#define CLK1 GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB2#define CLEAR1 GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB3/*程序中引用的函数定义*/void delay_loop(void); /点阵动态显示控制的延时程序void Gpio_select(void); /GPIO端口设置程序void sendto1(unsigned char kdab); /串行数据输出函数，输出行扫描数void sendto2(unsigned char dat); /串行数据输出函数，输出列扫描数void DELAY(void);/*定义变量数组*/unsigned char dispdata8=0x10,0xFE,0x92,0xFE,0x10,0x10,0x10,0x10；/显示字符“中”字的行扫描数组unsigned char dispbit8=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe/显示字符“中”字的列扫描数组unsigned char kdab;unsigned char kdat;/*主程序*/void main(void) unsigned char i;InitSysCtrl(); /系统初始化函数InitPieCtrl(); /初始化PIE模块到默认状态InitPieVectTable();Gpio_select(); /设置端口函数/*初始化74164各控制引脚*/CLEAR2=0; /74164进行清零操作CLEAR1=0; /74164进行清零操作CLEAR2=1; /74164复位CLEAR1=1; /74164复位CLK1=1; /74164的CLOCK引脚置为高电平CLK2=1; /74164的CLOCK引脚置为高电平DINA=1; /74164数据输入端口置为高电平DINB=1; /74164数据输入端口置为高电平DINC=1; /74164数据输入端口置为高电平DIND=1; /74164数据输入端口置为高电平while(1) sendto1(dispbit0);sen