硬件——nrf51822第一篇GPIO的使用

Posted 2020-09-26 GXTon

未完，待续。。。。。。

本实现是基于一个开发箱，包括：综合应用开发系统主板XT-EDU-AK   1套； 手持终端系统 XT-EDU-HK 1套；

GPIO操作

工程：

这是一个关于流水灯的程序：

 

 

我们先看主函数：

 

#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include "nrf_delay.h"
#include "nrf_gpio.h"      //这里面有关于gpio的操作，似乎只有.h文件，没有.c文件
#include "boards.h"       //关于板子是如何设计的，例如小灯接在哪个管脚上，都可以从这里找到。

#define LEDS_NUMBER 8  //这是一个宏定义，一般编程的思路都是这样，把一些固定值都写成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]);//设置gpio为低电平，点亮小灯。
nrf_delay_ms(50);
nrf_gpio_pin_set(leds_list[i]); //设置gpio为高电平，熄灭小灯。
}
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]);
}
}
}

//上面是主函数，下面是子函数的分析。

在main.c中，

nrf_gpio_range_cfg_output(LED_STOP,LED_START);

是主要部分 ,作用为初始化gpio为输出。也是常用的套路，

一般就是把所有的引脚放到数组里，然后依次初始化。

可以打开它的代码：

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++)     //这一部分没有深究
{
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);
} //其实上面这些都是关于寄存器的操作。对于初学没必要掌握，只要知道如何调用函数，调用哪个函数就行。
}

 

 

在nrf_gpio.h文件中有详细的gpio操作：（可以认为是库函数都在这里面）

 下面对该文件夹下的函数进行注释：

nrf_gpio_range_cfg_output(uint32_t pin_range_start, uint32_t pin_range_end)  可以设置好几个引脚

：没有电平检测；驱动能力是最低等级；没有上下拉；没有启动input buffer；输出；

 nrf_gpio_range_cfg_input(uint32_t pin_range_start, uint32_t pin_range_end, nrf_gpio_pin_pull_t pull_config)  可以设置好几个引脚

：没有电平检测；驱动能力是最低等级；上下拉是根据传入的参数设定的；启动input buffer；输入；

nrf_gpio_cfg_output(uint32_t pin_number)  设置一个引脚

：没有电平检测；驱动能力是最低等级；没有上下拉；没有启动input buffer；输出；

nrf_gpio_cfg_input(uint32_t pin_number, nrf_gpio_pin_pull_t pull_config)  设置一个引脚

：没有电平检测；驱动能力是最低等级；上下拉根据传入参数而定；启动input buffer；输入；

nrf_gpio_cfg_sense_input(uint32_t pin_number, nrf_gpio_pin_pull_t pull_config, nrf_gpio_pin_sense_t sense_config)

：电平检测高或低由传入参数而定；驱动能力是最低等级；上下拉根据传入参数而定；启动input buffer；输入；

nrf_gpio_pin_dir_set(uint32_t pin_number, nrf_gpio_pin_dir_t direction)

：没有电平检测；驱动能力是最低等级；没有上下拉；启动input buffer；输入输出由传入参数决定；

nrf_gpio_pin_set(uint32_t pin_number)  //设置某个引脚为高电平

nrf_gpio_pin_clear(uint32_t pin_number)//设置某个引脚为低电平

nrf_gpio_pin_toggle(uint32_t pin_number)//翻转某个引脚的电平

nrf_gpio_pin_write(uint32_t pin_number, uint32_t value) //写某个引脚的电平，可以写高，也可以写低

nrf_gpio_pin_read(uint32_t pin_number) //读取某个引脚的电平

nrf_gpio_word_byte_write(volatile uint32_t * word_address, uint8_t byte_no, uint8_t value) //写多个port的值

nrf_gpio_word_byte_read(const volatile uint32_t* word_address, uint8_t byte_no) //读多个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.

 

 

 

 

 

 

 

 

下面看一个现象：

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

//上面的函数中绿色部分是个结构体，结构体的作用是保存量类似和有联系的变量，这里是输入的方式，打开该结构体

//会看到：

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;

//这也许是一种编程手法

 

关于STM32单片机的几种输入输出模式的讲解：

 

推挽输出模式：

可以输出高,低电平,连接数字器件; 推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源低定。

推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

推挽放大器的输出级有两个“臂”（两组放大元件），一个“臂”的电流增加时，另一个“臂”的电流则减小，二者的状态轮流转换。对负载而言，好像是一个“臂”在推，一个“臂”在拉，共同完成电流输出任务。当输出高电平时，也就是下级负载门输入高电平时，输出端的电流将是下级门从本级电源经VT3拉出。这样一来，输出高低电平时，VT3 一路和 VT5 一路将交替工作，从而减低了功耗，提高了每个管的承受能力。又由于不论走哪一路，管子导通电阻都很小，使RC常数很小，转变速度很快。因此，推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

开漏输出模式：

输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内).

开漏形式的电路有以下几个特点：

1.利用外部电路的驱动能力，减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时，驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up ，MOSFET到GND。IC内部仅需很下的栅极驱动电流。

2.一般来说，开漏是用来连接不同电平的器件，匹配电平用的，因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时，只能输出低电平，如果需要同时具备输出高电平的功能，则需要接上拉电阻，很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压，便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。（上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度。阻值越大，速度越低功耗越小，所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。）

3.OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式，但是也有其弱点，就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电，所以当电阻选择小时延时就小，但功耗大；反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求，则建议用下降沿输出。

4.可以将多个开漏输出的Pin，连接到一条线上。通过一只上拉电阻，在不增加任何器件的情况下，形成“与逻辑”关系。这也是I2C，SMBus等总线判断总线占用状态的原理。补充：什么是“线与”？：

在一个结点(线)上,连接一个上拉电阻到电源VCC或VDD和n个NPN或NMOS晶体管的集电极C或漏极D,这些晶体管的发射极E或源极S都接到地线上,只要有一个晶体管饱和,这个结点(线)就被拉到地线电平上.因为这些晶体管的基极注入电流(NPN)或栅极加上高电平(NMOS),晶体管就会饱和,所以这些基极或栅极对这个结点(线)的关系是或非NOR逻辑.如果这个结点后面加一个反相器,就是或OR逻辑.

其实可以简单的理解为：在所有引脚连在一起时，外接一上拉电阻，如果有一个引脚输出为逻辑0，相当于接地，与之并联的回路“相当于被一根导线短路”，所以外电路逻辑电平便为0，只有都为高电平时，与的结果才为逻辑1。

关于推挽输出和开漏输出   。    

其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止，而上面NPN三极管导通，输出电平VS+；当比较器输出低电平时则恰恰相反，PNP三极管导通，输出和地相连，为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式，需要接上拉。

复用开漏输出、复用推挽输出：可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用IO口使用）

 

 

 

浮空输入：

对于浮空输入，一直没找到很权威的解释，只好从以下图中去理解了

由于浮空输入一般多用于外部按键输入，结合图上的输入部分电路，我理解为浮空输入状态下，IO的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定，如果在该引脚悬空的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

上拉输入/下拉输入/模拟输入：

这几个概念很好理解，从字面便能轻易读懂。