硬件——nrf51822第一篇,GPIO的使用


未完,待續。。。。。。

本實現是基於一個開發箱,包括:綜合應用開發系統主板XT-EDU-AK   1套; 手持終端系統 XT-EDU-HK 1套;

GPIO操作

工程:

這是一個關於流水燈的程序:

 

 

我們先看主函數:

 

#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include "nrf_delay.h"
#include "nrf_gpio.h"      //這里面有關於gpio的操作,似乎只有.h文件,沒有.c文件
#include "boards.h"       //關於板子是如何設計的,例如小燈接在哪個管腳上,都可以從這里找到。

#define LEDS_NUMBER 8  //這是一個宏定義,一般編程的思路都是這樣,把一些固定值都寫成define,方便以后增加或修改。

const uint8_t leds_list[LEDS_NUMBER] = { LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5, LED_6, LED_7, LED_8 };

 

 


int main(void)
{
uint8_t i;

nrf_gpio_range_cfg_output(LED_STOP,LED_START); // Configure LED-pins as outputs.

while (true)
{
for (i = 0; i < LEDS_NUMBER; i++) //light in order in 50ms interval
{
nrf_gpio_pin_clear(leds_list[i]);//設置gpio為低電平,點亮小燈。
nrf_delay_ms(50);
nrf_gpio_pin_set(leds_list[i]); //設置gpio為高電平,熄滅小燈。
}
for (i = LEDS_NUMBER; i > 0; i--) //light in order in 50ms interval
{
nrf_gpio_pin_clear(leds_list[i-1]);
nrf_delay_ms(50);
nrf_gpio_pin_set(leds_list[i-1]);
}
}
}


//上面是主函數,下面是子函數的分析。

在main.c中,

nrf_gpio_range_cfg_output(LED_STOP,LED_START);

是主要部分 ,作用為初始化gpio為輸出。也是常用的套路,

一般就是把所有的引腳放到數組里,然后依次初始化。

可以打開它的代碼:

static __INLINE void nrf_gpio_range_cfg_output(uint32_t pin_range_start, uint32_t pin_range_end)
{
/*lint -e{845} // A zero has been given as right argument to operator '|'" */
for (; pin_range_start <= pin_range_end; pin_range_start++)     //這一部分沒有深究
{
NRF_GPIO->PIN_CNF[pin_range_start] = (GPIO_PIN_CNF_SENSE_Disabled << GPIO_PIN_CNF_SENSE_Pos)
| (GPIO_PIN_CNF_DRIVE_S0S1 << GPIO_PIN_CNF_DRIVE_Pos)
| (GPIO_PIN_CNF_PULL_Disabled << GPIO_PIN_CNF_PULL_Pos)
| (GPIO_PIN_CNF_INPUT_Disconnect << GPIO_PIN_CNF_INPUT_Pos)
| (GPIO_PIN_CNF_DIR_Output << GPIO_PIN_CNF_DIR_Pos);
} //其實上面這些都是關於寄存器的操作。對於初學沒必要掌握,只要知道如何調用函數,調用哪個函數就行。
}

 

 

在nrf_gpio.h文件中有詳細的gpio操作:(可以認為是庫函數都在這里面)

 下面對該文件夾下的函數進行注釋:

nrf_gpio_range_cfg_output(uint32_t pin_range_start, uint32_t pin_range_end)  可以設置好幾個引腳

:沒有電平檢測;驅動能力是最低等級;沒有上下拉;沒有啟動input buffer;輸出;

 nrf_gpio_range_cfg_input(uint32_t pin_range_start, uint32_t pin_range_end, nrf_gpio_pin_pull_t pull_config)  可以設置好幾個引腳

:沒有電平檢測;驅動能力是最低等級;上下拉是根據傳入的參數設定的;啟動input buffer;輸入;

nrf_gpio_cfg_output(uint32_t pin_number)  設置一個引腳

:沒有電平檢測;驅動能力是最低等級;沒有上下拉;沒有啟動input buffer;輸出;

nrf_gpio_cfg_input(uint32_t pin_number, nrf_gpio_pin_pull_t pull_config)  設置一個引腳

:沒有電平檢測;驅動能力是最低等級;上下拉根據傳入參數而定;啟動input buffer;輸入;

nrf_gpio_cfg_sense_input(uint32_t pin_number, nrf_gpio_pin_pull_t pull_config, nrf_gpio_pin_sense_t sense_config)

:電平檢測高或低由傳入參數而定;驅動能力是最低等級;上下拉根據傳入參數而定;啟動input buffer;輸入;

nrf_gpio_pin_dir_set(uint32_t pin_number, nrf_gpio_pin_dir_t direction)

:沒有電平檢測;驅動能力是最低等級;沒有上下拉;啟動input buffer;輸入輸出由傳入參數決定;

nrf_gpio_pin_set(uint32_t pin_number)  //設置某個引腳為高電平

nrf_gpio_pin_clear(uint32_t pin_number)//設置某個引腳為低電平

nrf_gpio_pin_toggle(uint32_t pin_number)//翻轉某個引腳的電平

nrf_gpio_pin_write(uint32_t pin_number, uint32_t value) //寫某個引腳的電平,可以寫高,也可以寫低

nrf_gpio_pin_read(uint32_t pin_number) //讀取某個引腳的電平

nrf_gpio_word_byte_write(volatile uint32_t * word_address, uint8_t byte_no, uint8_t value) //寫多個port的值

nrf_gpio_word_byte_read(const volatile uint32_t* word_address, uint8_t byte_no) //讀多個port的值

nrf_gpio_port_dir_set(nrf_gpio_port_select_t port, nrf_gpio_port_dir_t dir) //Function for setting the direction of a port.

nrf_gpio_port_read(nrf_gpio_port_select_t port) //Function for reading a GPIO port.

nrf_gpio_port_write(nrf_gpio_port_select_t port, uint8_t value) //Function for writing to a GPIO port.

nrf_gpio_port_set(nrf_gpio_port_select_t port, uint8_t set_mask) //Function for setting individual pins on GPIO port.

nrf_gpio_port_clear(nrf_gpio_port_select_t port, uint8_t clr_mask) //Function for clearing individual pins on GPIO port.

 

 

 

 

 

 

 

 

下面看一個現象:

void nrf_gpio_range_cfg_input(uint32_t pin_range_start, uint32_t pin_range_end, nrf_gpio_pin_pull_t pull_config);

//上面的函數中綠色部分是個結構體,結構體的作用是保存量類似和有聯系的變量,這里是輸入的方式,打開該結構體

//會看到:

typedef enum
{
NRF_GPIO_PIN_NOPULL = GPIO_PIN_CNF_PULL_Disabled, ///< Pin pullup resistor disabled
NRF_GPIO_PIN_PULLDOWN = GPIO_PIN_CNF_PULL_Pulldown, ///< Pin pulldown resistor enabled
NRF_GPIO_PIN_PULLUP = GPIO_PIN_CNF_PULL_Pullup, ///< Pin pullup resistor enabled
} nrf_gpio_pin_pull_t;

//這也許是一種編程手法

 

關於STM32單片機的幾種輸入輸出模式的講解:

 

推挽輸出模式:

可以輸出高,低電平,連接數字器件; 推挽結構一般是指兩個三極管分別受兩互補信號的控制,總是在一個三極管導通的時候另一個截止。高低電平由IC的電源低定。

推挽電路是兩個參數相同的三極管或MOSFET,以推挽方式存在於電路中,各負責正負半周的波形放大任務,電路工作時,兩只對稱的功率開關管每次只有一個導通,所以導通損耗小、效率高。輸出既可以向負載灌電流,也可以從負載抽取電流。推拉式輸出級既提高電路的負載能力,又提高開關速度。

推挽放大器的輸出級有兩個“臂”(兩組放大元件),一個“臂”的電流增加時,另一個“臂”的電流則減小,二者的狀態輪流轉換。對負載而言,好像是一個“臂”在推,一個“臂”在拉,共同完成電流輸出任務。當輸出高電平時,也就是下級負載門輸入高電平時,輸出端的電流將是下級門從本級電源經VT3拉出。這樣一來,輸出高低電平時,VT3 一路和 VT5 一路將交替工作,從而減低了功耗,提高了每個管的承受能力。又由於不論走哪一路,管子導通電阻都很小,使RC常數很小,轉變速度很快。因此,推拉式輸出級既提高電路的負載能力,又提高開關速度。

開漏輸出模式:

輸出端相當於三極管的集電極. 要得到高電平狀態需要上拉電阻才行. 適合於做電流型的驅動,其吸收電流的能力相對強(一般20ma以內).

開漏形式的電路有以下幾個特點:

1.利用外部電路的驅動能力,減少IC內部的驅動。當IC內部MOSFET導通時,驅動電流是從外部的VCC流經R pull-up ,MOSFET到GND。IC內部僅需很下的柵極驅動電流。

2.一般來說,開漏是用來連接不同電平的器件,匹配電平用的,因為開漏引腳不連接外部的上拉電阻時,只能輸出低電平,如果需要同時具備輸出高電平的功能,則需要接上拉電阻,很好的一個優點是通過改變上拉電源的電壓,便可以改變傳輸電平。比如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS電平輸出等。(上拉電阻的阻值決定了邏輯電平轉換的沿的速度。阻值越大,速度越低功耗越小,所以負載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。)

3.OPEN-DRAIN提供了靈活的輸出方式,但是也有其弱點,就是帶來上升沿的延時。因為上升沿是通過外接上拉無源電阻對負載充電,所以當電阻選擇小時延時就小,但功耗大;反之延時大功耗小。所以如果對延時有要求,則建議用下降沿輸出。

4.可以將多個開漏輸出的Pin,連接到一條線上。通過一只上拉電阻,在不增加任何器件的情況下,形成“與邏輯”關系。這也是I2C,SMBus等總線判斷總線占用狀態的原理。補充:什么是“線與”?:

在一個結點(線)上,連接一個上拉電阻到電源VCC或VDD和n個NPN或NMOS晶體管的集電極C或漏極D,這些晶體管的發射極E或源極S都接到地線上,只要有一個晶體管飽和,這個結點(線)就被拉到地線電平上.因為這些晶體管的基極注入電流(NPN)或柵極加上高電平(NMOS),晶體管就會飽和,所以這些基極或柵極對這個結點(線)的關系是或非NOR邏輯.如果這個結點后面加一個反相器,就是或OR邏輯.

其實可以簡單的理解為:在所有引腳連在一起時,外接一上拉電阻,如果有一個引腳輸出為邏輯0,相當於接地,與之並聯的回路“相當於被一根導線短路”,所以外電路邏輯電平便為0,只有都為高電平時,與的結果才為邏輯1。

關於推挽輸出和開漏輸出   。    

其中比較器輸出高電平時下面的PNP三極管截止,而上面NPN三極管導通,輸出電平VS+;當比較器輸出低電平時則恰恰相反,PNP三極管導通,輸出和地相連,為低電平。右邊的則可以理解為開漏輸出形式,需要接上拉。

復用開漏輸出、復用推挽輸出:可以理解為GPIO口被用作第二功能時的配置情況(即並非作為通用IO口使用)

 

 

 

浮空輸入:

對於浮空輸入,一直沒找到很權威的解釋,只好從以下圖中去理解了

由於浮空輸入一般多用於外部按鍵輸入,結合圖上的輸入部分電路,我理解為浮空輸入狀態下,IO的電平狀態是不確定的,完全由外部輸入決定,如果在該引腳懸空的情況下,讀取該端口的電平是不確定的。

上拉輸入/下拉輸入/模擬輸入:
這幾個概念很好理解,從字面便能輕易讀懂。
 

 


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