M451的IO口

1万 · 2017-5-21 10:19

NuMicro M451 系列拥有 87 个通用 I / O 引脚。这 87 个引脚被安排在 6 组口命名为 PA、PB,PC,PD,PE、PF。PA、PB,PC,PD各 16 个引脚在端口；PE 有 15 个引脚在端口；PF 有 8 个引脚在端口。87 个引脚是独立的,每个引脚都有相应的寄存器位控制自身的功能和数据。
每个 I/O 引脚可以配置软件分别作为输入、推挽式输出、开漏输出或准双向模式。每个 I/O 引脚都牵引着约为 110kΩ~300kΩ弱上拉电阻。
输入模式
输入模式需要设置 Px_MODE[2n+1:2n]为 0，此时引脚没有驱动能力，当前状态为高阻状态，此时 Px_PIN[n]的值反应了当前引脚的电平。
推挽输出模式
推挽输出模式需要设置 Px_MODE[2n+1:2n]为 1，此时引脚具有输出高低电平的功能，如图 6.1.1，并具有吸收反向电流的能力。Px_PIN[n]的值对应当前引脚输出的是高电平还是低电平。

推挽输出模式

1万 · 2017-5-21 10:19

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。推挽式输出既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

1万 · 2017-5-21 10:20

开漏输出模式
开漏输出：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：
 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流经上拉电阻，MOSFET 到GND。IC内部仅需很小的栅极驱动电流。
 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。）
 开漏模式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。
 可以将多个开漏输出的引脚，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。

1万 · 2017-5-21 10:21

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，或连接到 NPN 或 NMOS 晶体管的集电极 C 或漏极 D上, 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“或非逻辑”. 如果这个结点后面加一个反相器, 就是“或逻辑”。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。

1万 · 2017-5-21 10:21

开漏输出模式需要设置Px_MODE[2n+1:2n]为2。

开漏输出模式

1万 · 2017-5-21 10:22

准双向模式

准双向模式最常见的是8051单片机，而新唐公司的M451系列的MCU同样拥有准双向模式的I/O，准双向模式需要设置

Px_MODE[2n+1:2n]为3。当引脚被设置为双向输出模式时，但源电流只有数百uA。当引脚的状态为高电平时，其内部电路不会发生任何动作，但当引脚的状态切换为低电平时需要2个时钟周期才能禁用强输出驱动功能。

准双向模式

1万 · 2017-5-21 10:23

驱动 LED

如果点亮LED灯需要I/O引脚输出低电平，反之熄灭LED灯需要I/O引脚输出高电平。也代表说当前控制LED灯使用了灌电流的设计方案。在集成电路当中，拉电流和灌电流是一个很重要的概念。由于数字电路的输出只有高、低（0，1）两种电平值，高电平输出时，一般是输出端对负载提供电流，其提供电流的数值叫“拉电流”；低电平输出时，一般是输出端要吸收负载的电流，其吸收电流的数值叫“灌（入）电流”。而拉电流和灌电流是衡量电路输出的驱动能力，对每个芯片而言，拉电流和灌电流的大小都有各自的最大值。默认情况下，灌电流比拉电流具有更强的驱动能力，意味着芯片可以带动更多的负载。

由于现在很多芯片都具有推挽输出模式，拉电流单个I/O达到20mA，但是整体I/O输出总电流不能超过55mA，也代表说如果驱动多盏LED灯再驱动更多的器件，芯片的就显得力不从心。所以，设计电路图是必须要按照实际情况进行设计，因此，驱动LED灯默认情况下使用灌电流的形式。

1万 · 2017-5-21 10:25

M451支持输入模式、推挽输出模式、开漏输出模式、准双向模式，由于驱动LED灯只需要对PB8引脚输出高低电平就行了，通过之前各种I/O模式的分析，这里设置PB8引脚为推挽输出模式就行了，需要调用库函数GPIO_SetMode（需要包含gpio.c），代码如下:

设置PB8引脚为推挽输出模式

GPIO_SetMode(PB,BIT8,GPIO_MODE_OUTPUT);

[2]当设置好PB8引脚为推挽输出模式后，如何编程引脚为高低电平的输出呢，代码如下：

PB8引脚输出高电平

/*PB8赋值为‘1’时，也代表着当前的PB8引脚状态被编程为高电平输出*/

PB8=1;

PB8引脚输出低电平

/*PB8赋值为‘0’时，也代表着当前的PB8引脚状态被编程为低电平输出*/

PB8=0;

1万 · 2017-5-21 10:25

软件延时函数编写
VOID Delay(VOID)
{
UINT32 i=0x10000;
while(i--);
}

1万 · 2017-5-21 10:26

程序主体
int32_t main(void)
{
PROTECT_REG
(
/* 系统时钟初始化 */
SYS_Init(PLL_CLOCK);
)
/* PB8引脚初始化为推挽输出模式 */
GPIO_SetMode(PB,BIT8,GPIO_MODE_OUTPUT);
while(1)
{
/* PB8引脚输出高电平*/
PB8=1;
/* 延时一会儿 */
Delay();
/* PB8引脚输出低电平*/
PB8=0;
/* 延时一会儿 */
Delay();
}
}

只看该作者 · 2017-5-21 23:06

IO讲解的很透彻。

只看该作者 · 2017-5-22 16:48

原来如此，推挽就是借助一个开关控制是接VCC还是GND。

只看该作者 · 2017-5-22 22:40

个别IO与别的功能复用，配置的时候要进行功能的选择性配置。

1万 · 2017-5-23 16:49

wahahaheihei 发表于 2017-5-22 22:40
个别IO与别的功能复用，配置的时候要进行功能的选择性配置。

是的，这个默认是什么要看手册。