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分类: 嵌入式

2019-09-28 21:00:17

 1. 输出控制信号


GPIO用来做开关控制,是最常见的应用场景。

如上图,P21这个GPIO口,输出1的时候,LED403点亮,输出0或者没有输出的时候,LED403熄灭。

GPIO口是怎么被控制的呢?通过软件代码。需要亮灯的时候调用GPIO口拉高的函数,需要熄灯的时候调用GPIO拉低的函数,即可实现控制。

函数的操作,最终变成了向这个GPIO的硬件寄存器写入数据,硬件的状态会跟随寄存器的数据改变而改变。

硬件寄存器在这里可以理解为一个电子开关,好比你告诉家里的保姆说“去吧客厅的灯关上”,他就走过去按动灯的开关,然后灯就灭了。你下的这个指令的动作相当于调用了GPIO操作的函数,保姆去按开关这个动作相当于函数配置寄存器。

当然你也可以直接去按这个开关(直接操作寄存器),这个做法虽然能工作,但是在代码设计中是不符合规范的。后续修改中很容易导致误操作。

实际操作中需要预先初始化,配置GPIO的参数,把寄存器建立接口给其他进程调用等软件类的操作,这里就不详述了。

2. 输出中断信号


重力传感器输出中断信号给MCUGPIO

G-sensor,也叫做重力传感器/加速度传感器/运动传感器,检测设备是否在运动的。咱们平时用的蓝牙手环的计步器主要就是根据G-sensor采样回来的运动数据计算而来的。

设备不动的时候,G-sensorMCU都是休眠状态以节省电量。

设备动一动,G-sensor感受到了就被唤醒了,就往中断口上(GSENSOR_INT)发一个高电平信号,MCU感受到这个中断口的电平从低变成高了,就退出休眠开始正常运行。

然后MCU就通过I2C数据接口读取G-sensor里的数据。

如何理解中断呢?你正在睡觉,突然有人来找你,他就要先把你摇醒才行。这就是把你的睡眠中断了,让你从睡眠中被唤醒(如同上述例子)。

GPIO做中断,还需要特别特别注意一条:如果选择这个中断口来唤醒系统,那一定要对照芯片规格书看清楚,选择的中断口能不能唤醒系统?

对于大部分单片机,几乎每一个中断口都可以唤醒系统,但对于高主频的处理器,如手机和平板电脑的,并不是所有的GPIO都可以配置成中断,也不是所有的中断都能唤醒系统。

如果选择了一个不能唤醒系统的中断口做上述示例,一旦MCU进入休眠,外设就失效了。

3. 用作按键输入


按键严格来讲也是个中断。GPIO口默认状态是低电平,按键按下后被拉到高电平,此时系统能够检测到中断,判定为按键按下。

等到按键释放了,GPIO口检测到电压回归低电平,就判定为按键松开了。

这种做法是单片机上比较常见的做法。在智能一些的硬件平台上,往往会有独立的硬件按键接口(非GPIO口),在芯片内部加入按键控制器,通过硬件实现按键的去抖、双击和长按判断。

对于单片机,一旦被按键触发之后,内部就开始跑程序,每隔几个毫秒读取一次按键状态,判断按键是否被释放。通过软件实现去抖、双击和长按的功能。

图上的电容,用处是滤除外部干扰,避免被误触发,同时起到一定的按键去抖作用。图上的TVS管,是为了防止静电进入CPU

可能会有人问,按键按下就是按下了,为什么会抖动?

因为按键都是机械式的,两个金属片在接触的瞬间,从微秒级的时间段来看,会存在接触-断开-再接触这样的轻微的抖动。直到两个金属片牢牢的接触到一起之后,抖动才会消失。所谓按键去抖动,就是通过延时来消除掉接触再断开这种异常状态的。

GPIO除了简单的输入输出之外,还可以做一些相对复杂的操作,例如模拟I2CSPI数据线、ADC电压检测、输出PWM波形等。

这些功能有些可以直接配置成硬件接口,也可以通过软件来模拟波形。









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