GPIO及其应用

news2025/3/6 15:06:15

GPIO及其应用

文章目录

GPIO及其应用
- 1.GPIO概括
- 2.GPIO工作基本结构
- 3.GPIO寄存器
- - 3.1寄存器总览
  - 3.2寄存器功能
  - 3.3BIT简写的代表
- 4.GPIO的电气特性
- - 4.1拉电流与灌电流
  - 4.2驱动大功率负载
  - 4.3电平逻辑兼容性
- 5.LED闪烁(实操)
- 6.LED交替闪烁（实操）
- 7.开关控制LED灯（实操）
- - 7.1单个开关/单个LED
  - 7.2双开关控制LED（控制开关）

1.GPIO概括

GPIO(General Purpose I/O)通用输入输出端口。

应用

GPIO基本都是用于芯片与片外器件或设别的交互。

特性

GPIO是MCU与外界交互的重要途径，它具有如下的特性:

可以独立控制每个GPIO口的方向(输入/输出模式);
可以独立设置每个GPIO的输出状态(高/低电平);
所有GPIO口在复位后都有个默认方向(或输入或输出)

2.GPIO工作基本结构

GPIO基本工作结构

3.GPIO寄存器

3.1寄存器总览

序号	端口寄存器	说明	中文释义
1	PxDIR	Direction Register	方向寄存器
2	PxIN	Input Register	输入寄存器
3	PxOUT	Output Register	输出寄存器
4	PxREN	Pullup/Pulldown Resistor Enable	上拉/下拉电阻使能寄存器
5	PxSEL	Function Select Register	功能选择寄存器
6	PxDS	OutPut Drive Strgenth Resisgters	输出驱动强度寄存器
7	PxIE	Interrupt Enable Register	中断使能寄存器
8	PxIES	Interrupt Edge Select Register	中断触发沿选择寄存器
9	PxIFG	Interrupt Flag Register	中断标志寄存器

3.2寄存器功能

PxDIR‌：通过置位/清零寄存器位控制引脚输入（0）或输出（1）模式‌，复位后默认全为输入模式‌
```
 P3DIR |= 0x20;  // 设置 P3.5 为输出模式,即将P3端口的第五位设置为输出模式（位解释：0010000）
```

‌PxIN‌：仅读取引脚当前电平状态（输入模式有效），输出模式下读取值与 PxOUT 寄存器一致‌

 P3IN |= 0x20;  // 将 P3.5 置为输入高电平，即将P3端口的第五位设置为输入高电平（位解释：0010000）

‌PxOUT‌：写入值直接控制输出引脚电平（输出模式有效），支持高/低电平设置‌

 P3OUT |= 0x20;  // 将 P3.5 置为输出高电平，即将P3端口的第五位设置为输出高电平（位解释：0010000）

‌PxREN‌：使能内部上拉/下拉电阻（需配合 PxOUT 设置选择上拉或下拉）‌

  P1REN |= BIT3;// 使能 P1.3 引脚的上拉/下拉电阻功能
  P1OUT |= BIT3; // 将 P1.3 引脚配置为上拉模式
  P1OUT &= ~BIT3; // 将 P1.3 引脚配置为下拉模式

‌PxSEL‌：选择引脚为普通 GPIO（0）或外设功能（如 UART、ADC 等）

设置为0，为I/O模式；设置为1，为外设模式
```
P1SEL &= ~BIT0;//将P1.0设置为普通的IO引脚
```
PxDS：设置输出驱动的强度

0为高驱动，1为低驱动
```
P1DS |= BIT2;//将P1.2设置为高驱动强度
```
PxIE：使能指定引脚的中断功能‌（1为允许中断；0为禁止中断）
```
P1IE |= BIT4;//将P1.4设置为允许中断
```
PxIES：选择中断触发沿（0=上升沿，1=下降沿）‌
```
P1IES |= BIT5;//将P1.5设置为下降沿触发中断
```
PxIFG ：记录未处理的中断标志，需软件清零‌

0：没有中断请求；1：有中断请求

过程：将有中断请求设置为没有中断请求
```
P1IFG &= ~BIT1;//将P1.1引脚清0，表明没有中断
```

3.3BIT简写的代表

BIT位	十进制值	二进制表示
BIT0	1	`0000 0001`
BIT1	2	`0000 0010`
BIT2	4	`0000 0100`
BIT3	8	`0000 1000`
BIT4	16	`0001 0000`
BIT5	32	`0010 0000`
BIT6	64	`0100 0000`
BIT7	128	`1000 0000`

4.GPIO的电气特性

4.1拉电流与灌电流

输出高电平时，称为拉电流
输出低电平时，称为低电流

4.2驱动大功率负载

通常使用脉宽调制（PWM）来实现：

当负载功率较小时，负载直接与单片机引脚相连便能使负载正常工作，例如驱动一个普通LED
当驱动功率较大的负载(例如电机)时，需要*提高单片机的驱动能力。
当负载功率大且要求较高时，驱动电路一般采用IC芯片。

4.3电平逻辑兼容性

TTL和CMOS的区别：

电平的上限和下限定义不一样
电流驱动能力不一样
需要的电流输入大小也不一样
TTL电路是电流控制器件，而CMOS电路是电压控制器件
TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。CMOS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。

5.LED闪烁(实操)

#include "driverlib.h"
#include "msp430f5529.h"

void main (void)
{
    WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;
    P1DIR |= 0x01;
        while (1) {
            unsigned int i,j;
            P1OUT |= 0x01;//开启输出
            for (i=50000; i>0;i--) 
            {
                ;
            }
            P1OUT &= ~0x01;//关闭输出
            for (j=50000; j>0;j--) 
            {
                ;
            }
        }
}

更优解：使用异或来改变输出的情况

#include "driverlib.h"
#include "msp430f5529.h"

void main (void)
{
    WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;
    P1DIR |= 0x01;
        while (1) {
            unsigned int i,j;
            P1OUT ^= 0x00;//使用按位异或，来改变状态
            for (i=50000; i>0;i--) 
            {
                for (j=50000; j>0;j--) 
            {
                ;
            }
            }
            
        }
}

6.LED交替闪烁（实操）

实现P1.0和P4.7交替闪烁

#include "msp430f5529.h"
#include <MSP430.h>

void main (void)
{
    WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;
    P1DIR |= BIT0;//开启P1.0
    P4DIR |= BIT7;//开启P4.7
    P1OUT &= ~BIT0;//P1.0灭
    P4OUT |= BIT7;//P4.7亮
    while (1) 
    {
        unsigned int j,i;
        P1OUT ^= BIT0;//不断切换P1.0的亮灭
        P4OUT ^= BIT7;//不断切换P4.7的亮灭
        for (j=50000; j>0;j--) 
            {
                for (i=50000; i>0;i--) 
                {
                    ;
                }
            }
       
    }
}

7.开关控制LED灯（实操）

7.1单个开关/单个LED

初始化，LED、上拉下拉，内部设置
根据引脚的输入判断开关是否按下
去抖动（非必要）

#include "msp430.h"
#include "msp430f5529.h"

void main(){
    WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;//shunt up watchdog
    P1DIR |= BIT0;//设置P1.0为输出模式
    P1REN |= BIT1;//开启上拉下拉使能
    P1OUT |= BIT1;//设置P1.1为内部上拉
    while (1) {
        if ((P1IN &BIT1) ==0) //检查是否按下
        {
            P1OUT |= BIT0;//按键按下，灯亮
        }else
        {
            P1OUT &= ~BIT0;//按键未按下，灯灭
        }
    }
}

去抖动:

两次检测是否按下，如果短时间内都是0，那么就是按下

if ((P1IN &BIT1) ==0)
        {
            delay_ms(20)
            if ((P1IN &BIT1) ==0) //检查是否按下
            {
                P1OUT |= BIT0;//按键按下，灯亮
            }else
            {
                P1OUT &= ~BIT0;//按键未按下，灯灭
            }
        }

7.2双开关控制LED（控制开关）

P1.1控制开

P2.1控制关

#include "driverlib.h"
#include "msp430f5xx_6xxgeneric.h"


void main (void)
{
    WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;
    P1DIR |= BIT0;//设置P1.0为输出模式
    P1REN |= BIT1;//P1.1上拉下拉使能
    P1OUT |= BIT1;//P1.1上拉输出
    P2REN |= BIT1;//P2.1上拉下拉使能
    P2OUT |= BIT1;//P2.1上拉输出
    P1OUT |= BIT0;//P1.0亮
    while(1)
    {
        if ((P1IN & BIT1) ==0) {//如果P1.1被按下
            P1OUT |= BIT0;
        }else if ((P2IN & BIT1)==0) {//如果P2.2被按下
            P1OUT &= ~BIT0;
        }else{
            ;
        }
    }
}