M451例程讲解之LED

1万 · 2018-8-24 11:49

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 * [url=home.php?mod=space&uid=288409]@file[/url]     main.c

 * [url=home.php?mod=space&uid=895143]@version[/url]  V3.00

 * $Revision: 3 $

 * $Date: 15/09/02 10:03a $

 * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]    Demonstrate how to set GPIO pin mode and use pin data input/output control.

             演示如何设置GPIO引脚模式并使用引脚数据输入/输出控制。

 * @note

 * Copyright (C) 2013~2015 Nuvoton Technology Corp. All rights reserved.

 *

 ******************************************************************************/

#include "stdio.h"

#include "M451Series.h"

#include "NuEdu-Basic01.h"



#define PLL_CLOCK       72000000





void SYS_Init(void)

{

    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

    /* Init System Clock                                                                                       */

    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/



    /* Enable HIRC clock (Internal RC 22.1184MHz) */

    CLK_EnableXtalRC(CLK_PWRCTL_HIRCEN_Msk);



    /* Wait for HIRC clock ready */

    CLK_WaitClockReady(CLK_STATUS_HIRCSTB_Msk);



    /* Select HCLK clock source as HIRC and and HCLK clock divider as 1 */

    CLK_SetHCLK(CLK_CLKSEL0_HCLKSEL_HIRC, CLK_CLKDIV0_HCLK(1));



    /* Enable HXT clock (external XTAL 12MHz) */

    CLK_EnableXtalRC(CLK_PWRCTL_HXTEN_Msk);



    /* Wait for HXT clock ready */

    CLK_WaitClockReady(CLK_STATUS_HXTSTB_Msk);



    /* Set core clock as PLL_CLOCK from PLL */

    CLK_SetCoreClock(PLL_CLOCK);



    /* Enable UART module clock */

    CLK_EnableModuleClock(UART0_MODULE);



    /* Select UART module clock source as HXT and UART module clock divider as 1 */

    CLK_SetModuleClock(UART0_MODULE, CLK_CLKSEL1_UARTSEL_HXT, CLK_CLKDIV0_UART(1));



    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

    /* Init I/O Multi-function                                                                                 */

    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/



    /* Set PD multi-function pins for UART0 RXD(PD.6) and TXD(PD.1) */

    SYS->GPD_MFPL &= ~(SYS_GPD_MFPL_PD6MFP_Msk | SYS_GPD_MFPL_PD1MFP_Msk);

    SYS->GPD_MFPL |= (SYS_GPD_MFPL_PD6MFP_UART0_RXD | SYS_GPD_MFPL_PD1MFP_UART0_TXD);



}



void UART0_Init()

{

    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

    /* Init UART                                                                                               */

    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

    /* Reset UART module */

    SYS_ResetModule(UART0_RST);



    /* Configure UART0 and set UART0 baud rate */

    UART_Open(UART0, 115200);

}



/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*  Main Function                                                                                          */

/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

int32_t main(void)

{

    int i, j;

    /* Unlock protected registers */

    SYS_UnlockReg();



    /* Init System, peripheral clock and multi-function I/O */

    SYS_Init();



    /* Lock protected registers */

    SYS_LockReg();



    /* Init UART0 for printf */

    UART0_Init();



    printf("\n\nCPU [url=home.php?mod=space&uid=72445]@[/url] %dHz\n",   SystemCoreClock);



    printf("LED test\n\r");



    Initial_LED();



    while(1)

    {

        for(i = 0; i < 9; i++)

        {

            Write_LED_Bar(i);

            for(j = 0; j < 600; j++)

                CLK_SysTickDelay(1000);

        }

有必要说说LED,正所谓每一个程序刚开始都要写“HELLO WORLD”,而单片机或嵌入式都要点亮小灯，万物从点灯开始，哈哈它的结构很简单

LED，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，即发光二极管，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，
另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。
这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，
这就是LED灯发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。
单个的LED灯珠只能在低电压（约3V）、低电流（约几毫安）下工作，发出的光线很微弱。需要将许多LED灯珠串联或并联起来；
同时单个LED灯珠是单向导电的，为了充分利用交流电的正负半周电流，这就需要一块集成电路芯片，将交流220V电源转变为电压、电流能与LED集合相匹配的直流电，
以满足LED灯珠集合体的要求，使其能正常发光。
下图是

MCU 外围连接

电路图您明白了么？再看软件的相应的库文件

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/* Peripheral and SRAM base address */

#define SRAM_BASE            (0x20000000UL)                              /*!< (SRAM      ) Base Address */

#define PERIPH_BASE          (0x40000000UL)                              /*!< (Peripheral) Base Address */

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#define AHBPERIPH_BASE       PERIPH_BASE

#define APBPERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x00040000)

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#define GCR_BASE             (AHBPERIPH_BASE + 0x00000)               

#define CLK_BASE             (AHBPERIPH_BASE + 0x00200)

#define INT_BASE             (AHBPERIPH_BASE + 0x00300)

#define GPIO_BASE            (AHBPERIPH_BASE + 0x04000)

#define GPIOA_BASE           (AHBPERIPH_BASE + 0x04000)

#define GPIOB_BASE           (AHBPERIPH_BASE + 0x04040)

#define GPIOC_BASE           (AHBPERIPH_BASE + 0x04080)

#define GPIOD_BASE           (AHBPERIPH_BASE + 0x040C0)

#define GPIOE_BASE           (AHBPERIPH_BASE + 0x04100)

#define GPIOF_BASE           (AHBPERIPH_BASE + 0x04140)

#define GPIO_DBCTL_BASE      (AHBPERIPH_BASE + 0x04440)

#define GPIO_PIN_DATA_BASE   (AHBPERIPH_BASE + 0x04800)

#define PDMA_BASE            (AHBPERIPH_BASE + 0x08000)

#define USBH_BASE            (AHBPERIPH_BASE + 0x09000)

#define FMC_BASE             (AHBPERIPH_BASE + 0x0C000)

#define EBI_BASE             (AHBPERIPH_BASE + 0x10000)

#define CRC_BASE             (AHBPERIPH_BASE + 0x31000)

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#define SYS ((SYS_T *) GCR_BASE)

#define SYSINT ((SYS_INT_T *) INT_BASE) 

#define CLK ((CLK_T *) CLK_BASE)

#define PA ((GPIO_T *) GPIOA_BASE)

#define PB ((GPIO_T *) GPIOB_BASE)

#define PC ((GPIO_T *) GPIOC_BASE)

#define PD ((GPIO_T *) GPIOD_BASE)

#define PE ((GPIO_T *) GPIOE_BASE)

#define PF ((GPIO_T *) GPIOF_BASE)

#define GPIO ((GPIO_DBCTL_T *) GPIO_DBCTL_BASE)

#define PDMA ((PDMA_T *) PDMA_BASE)

#define USBH ((USBH_T *) USBH_BASE)

#define FMC ((FMC_T *) FMC_BASE)

#define EBI ((EBI_T *) EBI_BASE)

#define CRC ((CRC_T *) CRC_BASE)



#define GPIO_MODE_INPUT 0x0UL /*!< Input Mode */

#define GPIO_MODE_OUTPUT 0x1UL /*!< Output Mode */

#define GPIO_MODE_OPEN_DRAIN 0x2UL /*!< Open-Drain Mode */

#define GPIO_MODE_QUASI 0x3UL /*!< Quasi-bidirectional Mode */



/* One Bit Mask Definitions */

#define BIT0 0x00000001

#define BIT1 0x00000002

#define BIT2 0x00000004

#define BIT3 0x00000008

#define BIT4 0x00000010

#define BIT5 0x00000020

#define BIT6 0x00000040

#define BIT7 0x00000080

#define BIT8 0x00000100

#define BIT9 0x00000200

#define BIT10 0x00000400

#define BIT11 0x00000800

#define BIT12 0x00001000

#define BIT13 0x00002000

#define BIT14 0x00004000

#define BIT15 0x00008000

#define BIT16 0x00010000

#define BIT17 0x00020000

#define BIT18 0x00040000

#define BIT19 0x00080000

#define BIT20 0x00100000

#define BIT21 0x00200000

#define BIT22 0x00400000

#define BIT23 0x00800000

#define BIT24 0x01000000

#define BIT25 0x02000000

#define BIT26 0x04000000

#define BIT27 0x08000000

#define BIT28 0x10000000

#define BIT29 0x20000000

#define BIT30 0x40000000

#define BIT31 0x80000000



void GPIO_SetMode(GPIO_T *port, uint32_t u32PinMask, uint32_t u32Mode)

{

uint32_t i;



for(i = 0; i < GPIO_PIN_MAX; i++)

{

if(u32PinMask & (1 << i))

{

port->MODE = (port->MODE & ~(0x3 << (i << 1))) | (u32Mode << (i << 1));

}

}

}



void Initial_LED(void)

{

GPIO_SetMode(PB, BIT2, GPIO_MODE_OUTPUT); //LED1

GPIO_SetMode(PB, BIT3, GPIO_MODE_OUTPUT); //LED2

GPIO_SetMode(PC, BIT3, GPIO_MODE_OUTPUT); //LED3

GPIO_SetMode(PC, BIT2, GPIO_MODE_OUTPUT); //LED4

GPIO_SetMode(PA, BIT9, GPIO_MODE_OUTPUT); //LED5

GPIO_SetMode(PB, BIT1, GPIO_MODE_OUTPUT); //LED6

GPIO_SetMode(PC, BIT7, GPIO_MODE_OUTPUT); //LED7

}

1万 · 2018-8-24 11:50

关于AHB与APB在我的内核架构一文中有描述，再此不加说明。
你把这几部分放到一个程序中完全可以运行
I/O管脚的I状态可由软件独立地配置为输入，推挽式的输出，开漏或准双向模式。复位之后，所有管脚的模式取决于CIOIN (CONFIG0[10])的设置。
每个I/O管脚有一个阻值为110K~300K的弱上拉电阻接到VDD 上，VDD范围从5.0 V 到2.5 V。

首先我们来看上拉电阻与下拉电阻：

两者共同的作用是：避免电压的“悬浮”，造成电路的不稳定；

一、上拉电阻如图所示

1、概念：将一个不确定的信号，通过一个电阻与电源VCC相连，固定在高电平；
2、上拉是对器件注入电流；灌电流；
3、当一个接有上拉电阻的IO端口设置为输入状态时，它的常态为高电平；

二、下拉电阻如图所示：

1、概念：将一个不确定的信号，通过一个电阻与地GND相连，固定在低电平；

2、下拉是从器件输出电流；拉电流；
3、当一个接有下拉电阻的IO端口设置为输入状态时，它的常态为低电平；

要理解推挽输出，首先要理解好三极管（晶体管）的原理。下面这种三极管有三个端口，分别是基极（Base）、集电极（Collector）和发射极（Emitter）。

下图是NPN型晶体管。

这种三极管是电流控制型元器件，注意关键词电流控制。意思就是说，只要基极B有输入（或输出）电流就可以对这个晶体管进行控制了。

下面请允许我换一下概念，把基极B视为控制端，集电极C视为输入端，发射极E视为输出端。这里输入输出是指电流流动的方向。

[url=]

[/url]

当控制端有电流输入的时候，就会有电流从输入端进入并从输出端流出。

[url=]

[/url]

而PNP管正好相反，当有电流从控制端流出时，就会有电流从输入端流到输出端。

[url=]

[/url]

那么推挽电路：
[url=]

[/url]

上面的三极管是N型三极管，下面的三极管是P型三极管，请留意控制端、输入端和输出端。

当Vin电压为V+时，上面的N型三极管控制端有电流输入，Q3导通，于是电流从上往下通过，提供电流给负载。

经过上面的N型三极管提供电流给负载（Rload），这就叫「推」

当Vin电压为V-时，下面的三极管有电流流出，Q4导通，有电流从上往下流过。

经过下面的P型三极管提供电流给负载（Rload），这就叫「挽」。

以上，这就是推挽（push-pull）电路。

那么什么是开漏呢？这个在我答案一开头给出的「网上资料」里讲得很详细了，我这里也简单写一下。

要理解开漏，可以先理解开集。

如图，开集的意思，就是集电极C一端什么都不接，直接作为输出端口。

如果要用这种电路带一个负载，比如一个LED，必须接一个上拉电阻，就像这样。

当Vin没有电流，Q5断开时，LED亮。当Vin流入电流，Q5导通时，LED灭。

开漏电路，就是把上图中的三极管换成场效应管（MOSFET）。

N型场效应管各个端口的名称：

场效应管是电压控制型元器件，只要对栅极施加电压，DS就会导通。

结型场效应管有一个特性就是它的输入阻抗非常大，这意味着：没有电流从控制电路流出，也没有电流进入控制电路。没有电流流入或流出，就不会烧坏控制电路。而双极型晶体管不同，是电流控制性元器件，如果使用开集电路，可能会烧坏控制电路。这大概就是我们总是听到开漏电路而很少听到开集电路的原因吧？因为开集电路被淘汰了。

1、开漏
全部名字是，内部mos管漏极开路（也可理解为晶体管集电极开路）。输出引脚只有对地低阻抗以及高阻态两种模式。

2、推挽
内部有上下两个mos（或晶体管），输出引脚有对VCC低阻抗以及对地低阻抗两种模式。

下面付一个无脑版的，用开关代替晶体管或MOS管。等效电路。

1. 推挽输出能够输出高或者低，而开漏输出只能输出低，或者关闭输出，因此开漏输出总是要配一个上拉电阻使用。
2. 开漏输出的上拉电阻不能太小，太小的话，当开漏输出的下管导通时，电源到地的电压在电阻上会造成很大的功耗，因此这个电阻阻值通常在10k以上，这样开漏输出在从输出低电平切换到高电平时，速度是很慢的。
3. 推挽输出任意时刻的输出要么是高，要么是低，所以不能将多个输出短接，而开漏输出可以将多个输出短接，共用一个上拉，此时这些开漏输出的驱动其实是与非的关系。
4. 推挽输出输出高时，其电压等于推挽电路的电源，通常为一个定值，而开漏输出的高取决于上拉电阻接的电压，不取决于前级电压，所以经常用来做电平转换，用低电压逻辑驱动高电压逻辑，比如3.3v带5v。

单片机的几种IO口配置

在单片机学习、开发和应用中，IO口的配置对功能的实现起着重要的作用，下面介绍常见的四种配置，而现在很多单片机都兼有这四种配置，可供选择。

一.准双向口配置

如下图，当IO输出为高电平时，其驱动能力很弱，外部负载很容易将其拉至低电平。当IO输出为低电平时，其驱动能力很强，可吸收相当大的电流。

准双向口有三个上拉晶体管，一个“极弱上拉”，当端锁存器为逻辑“1”时打开，当端口悬空时，“极弱上拉”将端口上拉至高电平。

第二个上拉晶体管为“弱上拉”，当端口锁存器为逻辑“1”且端口本身也为“1”时打开，此上拉提供的电流，使准双向口输出为“1”。如果此时端口被
外部装置拉到逻辑“0”时，通过施密特触发器，控制“弱上拉”关闭，而“极弱上拉”维持开状态，为了把这个端口拉低，外部装置必须有足够的灌电流能力，使
管脚上的电压，降到门槛电以下。

第三个上拉晶体管为“强上拉”，当端口锁存器由“0”跳变到“1”时，这个上拉用来加快端口由逻辑“0”到逻辑“1”的转换速度。

准双向口做为输入时，通个一个施密特触如器和一个非门，用以干扰和滤波。

准双向口用作输入时，可对地接按键，如下图1，当然也可以去掉R1直接接按键，当按键闭合时，端口被拉至低电平，当按键松开时，端口被内部“极弱上
拉”晶体管拉至高电平。当端口作为输出时，不应对地外接LED如图形控制，这样端口的驱动能力很弱，LED只能发很微弱的光，如果要驱动LED，要采用图
3的方法，这样准双向口在输出为低时，可吸收20mA的电流，故能驱动LED。图4的方法也可以，不过LED不发光时，端口要吸收收很大电流。

二.开漏输出配置

这种配置，关闭所有上拉晶体管，只驱动下拉晶体管，下拉与准双向口下拉配置相同，因此只能输出低电平（吸收电流），和高阻状态。不能输出高电平（输也电流）。如果要作为逻辑输出，必须接上拉电阻到VCC。这种配置也可以通过上图3和图4来驱动LED。

三.推挽输出配置

这种配置的下拉与准双向口和开漏配置相同，具有较强的拉电流能力，不同的是，具有持续的强上拉。因此可以用上图2的方法来驱动LED。

四.仅为输入配置（高阻配置）

这种配置不能输出电流，也不能有收电流，只能作为输入数据使用。

以上四种配置各有其特点，在使用中应根据其特点灵活运用。

准双向口的最大特点是既可以作为输入，也可以作为输出，不需要通过控制切换。

推挽输出的特点是，无论输也高电平还是低电平都有较大的驱动能力，在输也高电平时，也能直接点亮LED，这在准双向口中是不能办到的。这种配置不宜作为输入，因为这需要外部设备有很强的拉电流的能胃。

仅为输入配置的特点是端口只能作为输入使用，可以获得很高的输入阻抗，在有模拟比较器或ADC的端口中用得较多。

开漏输出配置与准又向口相似，但内部没有上拉电阻。有很好的电气兼容性，外部接上拉电阻到3V电源，就能和3V逻辑器件连接。外部接上拉电阻到5V电源，就要以和5V器件连接。

需要说明的是以上四种配置均可以作为输入，也就是都可以检测端的逻辑状态，但其特性不同，不是每种配置都可以直接接按键

就讲到这里，其实这就是I/O口的输入输出模式，具体看程序就可以清楚明白了

GPIO_SetMode(PC, BIT7, GPIO_MODE_OUTPUT);//#define GPIO_MODE_OUTPUT 0x0UL /*!< Input Mode */

设置成为了输出模式，之后我们在来看，这个函数的具体功能

1万 · 2018-8-24 11:51

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while(1)

    {

        for(i = 0; i < 9; i++)

        {

            Write_LED_Bar(i);

            for(j = 0; j < 600; j++)

                CLK_SysTickDelay(1000);

        }

    }

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#define _LED1 PB2

#define _LED2 PB3

#define _LED3 PC3

#define _LED4 PC2

#define _LED5 PA9

#define _LED6 PB1

#define _LED7 PC7





#define _LED_Bar_Count      7

void Write_LED_Bar(uint32_t Number)

{

    uint32_t i;

    volatile uint32_t *ptrLED[_LED_Bar_Count] = {&_LED1, &_LED2, &_LED3, &_LED4, &_LED5, &_LED6, &_LED7};



    for(i = 0; i < _LED_Bar_Count; i++)

    {

        if((Number > i) & 0x01)

            *ptrLED[i] = 0; //LED ON

        else

            *ptrLED[i] = 1; //LED OFF

    }

}

如果我们假设Number为一的话，i为零时，1大于零,为真，为一，遇上0X01之后为真，则进行负值为零（开灯）的操作，它是共阳级的操作。

试试我写的这个

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#define _LED1 PB2

#define _LED2 PB3

#define _LED3 PC3

#define _LED4 PC2

#define _LED5 PA9

#define _LED6 PB1

#define _LED7 PC7





volatile uint32_t *ptrLED[_LED_Bar_Count] = {&_LED1, &_LED2, &_LED3, &_LED4, &_LED5, &_LED6, &_LED7};





while(1)

    {

                    

       for(i = 0; i < 7; i++)

        {

          *ptrLED[i]=0;

                    for(j = 0; j < 600; j++)

                    {

              CLK_SysTickDelay(1000);

                    }

                    *ptrLED[i]=1;

                    for(j = 0; j < 600; j++)

                    {

              CLK_SysTickDelay(1000);

                    }

                    if(i==8)

                    {

                    i=0;

                    }

        }

    }

只看该作者 · 2018-8-25 21:31

教程不错，把IO的几种模式和使用讲明白了。

只看该作者 · 2018-8-25 22:26

讲的真好。

只看该作者 · 2018-8-28 19:23

貌似我有个M4的板子，忘了是哪个系列的了，几年前用过。

只看该作者 · 2018-8-29 20:44

IO 驱动看似简单，学好要下功夫。

只看该作者 · 2018-8-31 23:59

很全面的介绍。