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nRF52832 GPIO 端口资源描述

GPIO 称为输入输出端口，根据 nRF52832 封装最大具有 32 个 I/O 口，可以通过 P0 这样的端口访问和控制多达 32 个端口。而且每个端口都可以单独访问。特点如下：

• 最大 32 个 GPIO，分别为 P0.0~P0.31
• 具有 8 个带有模拟通道的 GPIO 口，可以用于 SAADC、COMP 和 LPCOMP 输入
• 可以配置的输入驱动强度；内部具有上拉和下拉电阻
• 可以从所有的引脚上的高电平或者低电平触发唤醒
• 任何引脚的状态变化都可以触发中断
• PPI 任务/事件系统可以使用所有引脚
• 可以通过 PPI 和 GPIOTE 通道控制一个或多个 GPIO 输出
• 所有引脚都可以单独映射到外设接口上，以实现布局灵活性
• 在 SENSE 信号上捕获的 GPIO 状态变化可以由 LATCH 寄存器存储

GPIO 端口外设最多可以实现 32 个引脚。这些引脚中的每一个都可以在 PIN_CNF[n] 寄存器中单独配置。可以通过这些寄存器配置以下参数：

• 方向
• 驱动强度
• 启用上拉和下拉电阻
• 引脚感应
• 输入缓冲区断开
• 模拟输入（适用于所选引脚）

nrf52832 芯片内核为 ARM cortex M4，其 IO 口配置有多种状态需要设置。
首先看看 IO 口的模式，查看 nrf52832 参考手册，端口可以配置为 4 种模式：

• 输入模式
• 输出模式
• 复用模式
• 模拟通道模式

nRF52832 的 IO 管脚可以复用其他的外设功能，例如：I2C、SPI、UART 等。
而通用 IO 口具有输入和输出模式，结构如下图：

上图中的 Sense 寄存器可以捕捉 GPIO 端口状态，如果选择 LDETECT 模式，则可以把相关状态存储在 LATCH 寄存器内，结构如下：

当在任何这样配置的引脚上检测到正确的电平时，感测机制将 DETECT 信号设置为高电平。每个引脚都有一个单独的 DETECT 信号，DETECTMODE 寄存器定义的默认功能是将来自 GPIO 端口中所有引脚的 DETECT 信号被合并到一个普通的 DETECT 信号。如果在启用传感机制时满足 PIN_CNF 寄存器配置的感测条件，则检测将立即变为高电平。如果在启用传感机制之前 DETECT 信号为低，这将触发 PORT 事件。PORT 事件在后面 GPIOE 中再详细讲解。

nRF52832 GPIO 寄存器介绍

实际 nRF52832 中所有 GPIO 模块包含的寄存器都差不多，如下表：

寄存器名称	地址偏移	R/W	功能描述
OUT	0x504	读写	设置端口输出
OUTSET	0x508	读写	置位端口输出高电平，写 0 无效
OUTCLR	0x50C	读写	置位端口输出低电平，写 0 无效
IN	0x510	只读	设置端口输入
DIR	0x514	读写	设置端口方向
DIRSET	0x518	读写	置位端口为输入，写 0 无效
DIRCLR	0x51C	读写	置位端口为输出，写 0 无效
LATCH	0x520	读写	传感锁存寄存器：指示哪些 GPIO 引脚符合 PIN_CNF[n].SENSE 寄存器中设置的条件
DETECTMODE	0x524	读写	传感模式选择
PIN_CNF[n]n=0~31	0x700~0x77C	读写	对应端口号0到31的端口设置

GPIO 通过寄存器配置可以配置为输出模式和输入模式。这些都可以通过官方提供的一个库（对寄存器进行了封装），我们可以很方便的进行调用操作，下面会结合寄存器和官方函数进行说明。

GPIO 端口状态的设置

输入模式：NRF_GPIO_PORT_DIR_INPUT，输入模式可以分为上拉和下拉模式。
输出模式：NRF_GPIO_PORT_DIR_OUTPUT，输出模式寄存器为推挽输出。

可以设置输出模式的寄存器有三个：DIR、DIRSET 和 PIN_CNF。其中 DIR 和 DIRSET 仅仅是进行输出设置，不配置其他参数。而 PIN_CNF 还配置了端口的其他参数。

可以设置输入模式的寄存器有三个：DIR、DIRCLR 和 PIN_CNF。同样，DIR 和 DIRCLR 仅仅是配置端口输出状态，不配做其他参数。同时输入模式提供寄存器 IN 读取 IO 口输入电平状态。

• DIR 寄存器：配置 IO 端口输入输出方向：
  
• DIRSET 寄存器：配置 IO 端口为输出管脚
  
  
• DIRCLR 寄存器：配置 IO 端口为输入管脚
  
• PIN_CNF 寄存器：配置 IO 端口状态
  
  关于 PIN_CNF 配置寄存器的说明：
• 0-bit 为 DIR 方向位，设置 IO 管脚为输入引脚或者输出引脚。当为 0 时设置引脚为输入引脚。当设置为 1 时为输出管脚。函数对应 nrf_gpio_port_dir_t
• 1-bit 为 INPUT 输入位，如果设置了 IO 端口为输入端口，该位用于设置输入是否接入缓冲，复位默认为 1，所有默认都是端口连接输入缓冲的。对应结构体 nrf_gpio_pin_input_t
• 2~3-bit PULL 为输入是否开上拉电阻。当设置为 0 时没有上下拉，设置为 1 时为开下拉电阻，设置为 3 时为开上拉。nrf_gpio_pin_pull_t 为对应的结构体。
• 8~9-bit 为 DRIVE 驱动位，该位为设置 IO 端口输出的驱动强度，对应输出 IO 端口输出强度可编程配置。
• 16~17-bit SENSE 位，该位为感应设置位，可以设置感应外部信号，常与 GPIOE 唤醒中使用。结构体 nrf_gpio_pin_sense_t。

使用 PIN_CNF[n] 寄存器进行操作数配置的代码示例如下：

__STATIC_INLINE void nrf_gpio_cfg(uint32_t pin_number, 
					nrf_gpio_pin_dir_t dir, nrf_gpio_pin_input_t input,
					nrf_gpio_pin_pull_t pull, nrf_gpio_pin_drive_t drive,
					nrf_gpio_pin_sense_t sense)	//GPIO端口状态配置
{
	//配置端口
	NRF_GPIO_Type * reg = nrf_gpio_pin_port_decode(&pin_number);
	//配置对应的端口的状态
	reg->PIN_CNF[pin_number] = ((uint32_t)dir << GPIO_PIN_CNF_DIR_Pos)//方向
							| ((uint32_t)input << GPIO_PIN_CNF_INPUT_Pos)//输入缓冲
							| ((uint32_t)pull << GPIO_PIN_CNF_PULL_Pos)//上拉配置
							| ((uint32_t)drive << GPIO_PIN_CNF_DRIVE_Pos)//驱动能力配置
							| ((uint32_t)sense << GPIO_PIN_CNF_SENSE_Pos)//感应能力
}

GPIO 输出配置函数：

__STATIC_INLINE void nrf_gpio_cfg_output(uint32_t pin_number)
{
	nrf_gpio_cfg(pin_number, NRF_GPIO_PIN_DIR_OUTPUT,
				NRF_GPIO_PIN_INPUT_DISCONNECT,
				NRF_GPIO_PIN_NOPULL,//没有上拉
				NRF_GPIO_PIN_S0S1,//驱动能力
				NRF_GPIO_PIN_NOSENSE);
				
}

GPIO 输入配置函数：

__STATIC_INLINE void nrf_gpio_cfg_input(uint32_t pin_number, nrf_gpio_pin_pull_t pull_config)
{
	nrf_gpio_cfg(pin_number, NRF_GPIO_PIN_DIR_INPUT,
							NRF_GPIO_PIN_INPUT_CONNECT,
							pull_config,
							NRF_GPIO_PIN_S0S1,
							NRF_GPIO_PIN_NOSENSE);
}

GPIO 输出设置

GPIO 可以设置输出高电平和低电平，对应输出状态的配置，可以看到 GPIO 寄存器列表中分配三个寄存器：

• OUT 寄存器
• OUTSET 寄存器
• OUTCLR 寄存器

这三个寄存器都是可读可写寄存器，32位，每一位代表一个 IO 端口，按位进行配置。

nRF52832 GPIO 输出应用

点亮第一个 LED 灯

硬件部分

这里，我们首先学习最简单的控制就是通过 I/O 端口输出的电平控制设备。
在 nRF52832 开发板上，通过管脚 P0.17 到管脚 P0.20 连接了 4 个 LED 灯，LED 另一端通过 220 欧电阻接到 VDD 电源上（VDD 选择 3.3v 电源）。因此当 IO 管脚输出低电平时，LED 发光二极管会导通并发光（LED 点亮）。

Keil 工程搭建

这里创建一个工程项目，采用官方的库函数来驱动 IO 端口，如下图：

drive 组下红色框框中的 led.c 文件就是我们需要编写的驱动文件，为了方便以后用到这部分的控制驱动，我们将 LED 驱动部分的代码单独编写成一个单独的驱动文件。后面工程如果需要用到时，只需要编写 main.c 主函数调用就可以，整个工程项目引入分层的思想就会对之后的移植非常有利。

led.c 的实例代码如下：

void LED_Init(void)
{
	nrf_gpio_cfg_output(LED_0);
	nrf_gpio_cfg_output(LED_1);
	nrf_gpio_cfg_output(LED_2);
	nrf_gpio_cfg_output(LED_3);//配置 IO 端口为输出状态
}

//操作LED1 点亮，LED1 输出低电平
void LED1_Open(void)
{
	nrf_gpio_pin_clear(LED_0);
}

//操作LED1 灭，LED1 输出高电平
void LED1_Close(void)
{
	nrf_gpio_pin_set(LED_0);
}

//LED0 状态翻转
void LED1_Toggle(void)
{
	nrf_gpio_pin_toggle(LED_0);
}

上面的代码分别调用了以下的库函数，其实这些库函数内部也是操作对应的寄存器，为了方便我们的使用将这部分寄存器配置过程进行了封装。这里我们可以具体看一下。

nrf_gpio_pin_clear(uint32_t pin_number);
nrf_gpio_pin_set(uint32_t pin_number);
nrf_gpio_pin_toggle(uint32_t pin_number);

nrf_gpio_pin_clear() 函数内部会发现是如下的操作：

p_reg->OUTCLR = clr_mask;

也就是说要 IO 管脚输出为 0，实际上是直接设置 OUTCLR 寄存器为高。同理，nrf_gpio_pin_set() 函数就是设置 OUTSET 寄存器；nrf_gpio_pin_toggle() 就是设置 OUTCLR 和 OUTSET 寄存器。

对于主函数调用的编写就很简单了。只需要调用对应的操作函数即可完成对应的操作调用。

#include "nrf_gpio.h"
#include "nrf_delay.h"
#include "led.h"

int main(void)
{
	//初始化 LED 灯
	LED_Init()；
	while(true)
	{
		LED1_Open();
		nrf_delay_ms(500);//延迟500ms
		LED1_Close();
		nrf_delay_ms(500);//延迟500ms
	}
}

编译代码后，使用 Keil 把工程目标文件下载到 nRF52832 开发板上。LED 灯就会开始闪烁。

蜂鸣器驱动

硬件设计

蜂鸣器常用分为：

• 有源蜂鸣器：内部带有震荡源，只要通电就会发出响声
• 无源蜂鸣器：内部不带震荡源，使用直流信号无法响动，必须使用 2K-5K 的方波驱动使其响动。

这里的“源”并不是指电源，而是指震荡源。所以有源蜂鸣器比无源蜂鸣器的成本要高很多，因为里面多了一个振荡电路。

有源蜂鸣器的设计很简单，如下图所示：

电路介绍：蜂鸣器一端接 VCC3.3V 电源，一端接 PNP 三极管 2N3904 的集电极。三极管的发射极接地。基极通过 R11 电阻后 BEEP 端接到 GPIO 端口。

BEEP 端需要把 P19 上的跳线帽 4-6 进行短接。

驱动原理：当 P0.12 输出高电平，三极管 PNP 基极会上电，三极管导通，此时蜂鸣器一端接地，一端接 VCC，形成一个电势差就会有电流通过蜂鸣器。蜂鸣器就会被驱动鸣叫。当 P0.12 输出低电平，PNP 三极管会被截止，三极管没有电流通过，停止鸣叫。

程序编写

通过上面的分析，有源蜂鸣器的驱动实际上非常简单，类似前面的 LED 驱动，只需要使得 GPIO 端口输出高电平就可以使得蜂鸣器鸣叫。

实现要求的配置代码如下：

1. 首先采用函数 nrf_gpio_cfg_output 设置 GPIO 为普通驱动能力的输出 GPIO
2. 打开蜂鸣器采用组件库函数 nrf_gpio_pin_set 函数，关闭蜂鸣器采用 nrf_gpio_pin_clear 函数
3. 主函数循环开关蜂鸣器，中间添加延迟操作

具体代码如下：

#define BEEP	12	//定义蜂鸣器的管脚

//初始化蜂鸣器
void BEEP_Init(void)
{
	//配置蜂鸣器驱动 GPIO 为输出模式
	nrf_gpio_cfg_output(BEEP);
}

//蜂鸣器开启
void BEEP_Open(void)
{
	nrf_gpio_pin_set(BEEP);
}

//蜂鸣器停止
void BEEP_Close(void)
{
	nrf_gpio_pin_clear(BEEP);
}

main.c 主函数调用方式如下：

#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include "nrf_gpio.h"
#include "nrf_delay.h"
#include "led.h"

int main()
{
	//初始化LED灯
	LED_Init();
	BEEP_Init();

	//循环打开和关闭蜂鸣器
	while(true)
	{
		LED1_Toggle();
		BEEP_Open();
		nrf_delay_ms(800);
		BEEP_Close();
		LED1_Toggle();
		nrf_delay_ms(800);
	}

	return 0;
}

测试验证

编译代码后，将 Keil 工程目标文件下载到 nRF52832 开发板上，同时把 P19 上的跳线帽 4-6 进行短接。运行后，LED 闪烁并且蜂鸣器会跟随响动。

nRF52832 GPIO 输入应用

GPIO 输入扫描流程

GPIO 的输入配置首先需要配置 PIN_CNF[n] 寄存器的是三个域，如 GPIO 结构体如下图：

• PIN_CNF[n].DIR：该位决定 IO 端口方向为输入
• PIN_CNF[n].INPUT：该位决定是否接入缓冲。输入缓冲的作用和连接一个电阻类似，降低电压波动幅度过大对输入管脚的影响。
• PIN_CNF[n].PULL：该位决定是否进行上下拉，上下拉的作用主要就是用于输入端口的电平维持，保存信号稳定，方便处理器进行检测。

在 nrf52xx 的组件库中，提供了一个 API 函数 nrf_gpio_cfg_input 来完成 IO 口输入状态的设置，该函数就是调用前面讲解 nrf_gpio_cfg 函数，代码如下：

__STATIC_INLINE void nrf_gpio_cfg_input(uint32_t pin_number, nrf_gpio_pin_pull_t pull_config)
{
	nrf_gpio_cfg(pin_number, //配置IO端口号
				NRF_GPIO_PIN_DIR_INPUT,//配置为输入
				NRF_GPIO_PIN_INPUT_CONNECT,//默认上接输入缓冲
				pull_config,
				NRF_GPIO_PIN_S0S1,
				NRF_GPIO_PIN_NOSENSE);
}

GPIO 输入配置后，IN 寄存器提供了判断管脚输入电平信号。

在 nrf52xxx 组件库中，对 IN 寄存器进行了封装，封装成库函数 nrf_gpio_pin_read() 用于判断 IO 断开的状态，然后把对应状态进行返回。内部封装图如下：‘’

nrf_gpio_pin_read() 函数最后返回的就是 pin_number 管脚对应的 IN 寄存器的值，通过判断该值可以确定 IO 口的输入状态，如下操作：

if(nrf_gpio_pin_read(13)==0)

这样可以判断 13 管脚是否输入为低电平。

机械按键输入扫描

硬件设计

机械按键也称为轻触按键，是一种电子开关。开发板上采用了四脚按键，其工作原理由常开触点、常闭触点组合而成。在四脚按键开关中，常开触点的作用，就是当压力向常开触点施压时，这个电路就呈现接通状态；当撤销这种压力的时候，就恢复到了原始的常闭触点，也就是所谓的断开。这个施压的力，就是用我们的手去开按钮、关按钮的动作。如下图：

图中 1 和 2 的管脚，4 和 3 管脚联通，当按下按键按钮后，1 就和 3 联通，释放按键后，1 和 3 断开。因此轻触按键 1 管脚可以接到 GND ，3 管脚接 GPIO 输入。当按键按下后，3 管脚会被 GND 拉低，作为一个低电平输入。

这里有 4 个轻触按键，分别连接 P0.13、P0.14、P0.15、P0.16 四个 IO 端口，轻触按键另一端接地，如下图所示：

程序的编写

跟前面编写 led.c 的文件类似，这里创建单独的 key.c 文件。
key.c 文件主要起两个作用：

• 初始化开发板上的按键
• 扫描判断按键是否有按下，按键扫描是通过 MCU 不停判断端口的状态来实现
  

#include "key.h"

void KEY_Init()
{
	nrf_gpio_cfg_input(16, NRF_GPIO_PIN_PULLUP);//设置管脚上拉输入，按键按下接通 GND，输入拉低
	nrf_gpio_cfg_input(17, NRF_GPIO_PIN_PULLUP);//同16管脚相同
}

//循环等待延迟函数
void Delay(uint32_t temp)
{
	for(; temp !=0; temp--)
}

//按键按下判断函数
uint8_t KEY1_Down()
{
	if(nrf_gpio_pin_read(KEY_1) == 0)
	{
		//延时消抖
		Delay(10000);
		if(nrf_gpio_pin_read(KEY_1) == 0)
		{
			//等待按键释放，只识别单次按下，不区分长短按键
			while(nrf_gpio_pin_read(KEY_1)==0);
			return 0;
		}
		else
			return 1;
	}
	else
		return 1;
}

主函数的操作就很简单了。下面 main.c ：

#include "nrf52.h"
#include "nrf_gpio.h"
#include "led.h"
#include "key.h"

int main()
{
	LED_Init();//LED初始化
	KEY_Init();//按键初始化

	while(1)
	{
		if(KEY1_Down() == 0)//判断按键是否按下
		{
			LED_Toggle();//按键按下，LED状态翻转
		}
	}
	
	return 0;
}

电容触摸按键的应用

硬件设计

电容触摸按键可以穿透绝缘材料 20mm 以上，准确无误地侦测到手指的有效触摸。并保证了产品的灵敏度、稳定性、可靠性等不会因环境条件的改变或长期使用而发生变化，并具有防水和强抗 干扰能力，超强防护，超强适应温度范围。电容式触摸按键没有任何机械部件，不会磨损，无限寿命，减少后期维护成本。电容式触摸按键面板图案、按键大小、形状任意设计，字符、商标、透视窗LED 透光等任意搭配，外型美观、时尚，不褪色、不变形、经久耐用。因此在一下家电、手持设备上为了防止进水、腐蚀等情况发生，常常采用电容触摸按键。

电容触摸按键的触摸信号检测最简单的方式就是采用触摸芯片。开发板上采用 JR223 单键触摸式芯片。该芯片是电容式触摸按键专用检测传感器 IC。采用最新一代电荷检测技术，利用操作者的手指与触摸按键焊盘之间产生电荷电平来进行检测，通过监测电荷的微小变化来确定手指接近或者触摸到感应表面。对应 JR223 的芯片管脚表述如下

管脚	名称	功能
1	OUT	触摸芯片输出端，接处理器的输入端
2	GND	接地端
3	SO	接触摸 TOUCH 信号
4	SLH	高低电平选择输出：SHL=0 高电平输出，SHL=1 低电平输出
5	VDD	电源，范围 2.0-5.5
6	STG	触发模式选择：STG=0 直接模式，STG=1 触发模式

管脚 1 接 TK 通过 P19 的管脚 2 和管脚 4 相连，连接芯片的 P0.12 端；VDD 接 3.3v 电源；STG 接高电平，设置为触发模式；SDH 接低电平，设置为高电平输出。触 摸板 TK1 要接电容 C28 进行灵敏度调节，电容范围为 0~50p。

程序编写

电容触摸按键的应用和机械按键类似，只要检测到 GPIO 管脚上有高电平输入节课认为是有按键按下事件产生。因此我们可以再按键扫描的代码中添加这部分操作，原理和机械按键类似。具体如下：

nrf_gpio_cfg_input(12, NRF_GPIO_PIN_PULLUP);//初始化 TOUCH 的管脚为输入

//电容按键检测
uint8_t TCH_Down()
{
	//检测是否按键有按下
	if(nrf_gpio_pin_read(TCH) == 1)
	{
		//延时消抖
		Delay(10000);
		if(nrf_gpio_pin_read(TCH) == 1)
		{
			//等待按键释放
			while(nrf_gpio_pin_read(TCH) == 1);
			return 0;
		}
		else
			return 1;
	}
	else 
		return 1;
}

main.c 操作内容跟之前一样。

#include "nrf52.h"
#include "nrf_gpio.h"
#include "led.h"
#include "key.h"

int main()
{
	LED_Init();//LED初始化
	KEY_Init();//按键初始化

	while(1)
	{
		if(TCH_Down() == 0)//判断按键是否按下
		{
			LED_Toggle();//按键按下，LED状态翻转
		}
	}
	
	return 0;
}