青风Hanker TI M4 开发板开发应用教程-----第三章第一节： GPIO 的驱动与开发

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3.1 GPIO 的驱动与开发
3.11 原理分析：
大家之前学习过51 单片机，也使用过IO 口。与51 的IO 进行对比，Cortex M4 的IO 配置有点区别。51 不需要设置IO 口为输入或者输出,除了做为输入捕获，基本就是作为输出端口进行使用了。而Cortex M4 的IO 口有多种状态需要设置，那么下面我们就一一道来：

I/O（Input/Output）接口是一颗微控制器必须具备的最基本外设功能。在TM4C系列ARM 里，所有I/O 都是通用的，称为GPIO（General Purpose Input/Output）。GPIO 模块由14 个物理GPIO 块组成，一块对应一个GPIO 端口（PA、PB、PC、PD、PE、PF、PG、PH、PJ、PK、PL、PM、PN、PP）。每个GPIO 端口包含多个管脚，如PA 端口是PA0～PA7。GPIO 模块遵循FiRM（Foundation IP for Real-TimeMicrocontrollers）规范，并且支持多达105 个可编程输入/输出管脚（具体取决于与GPIO 复用的外设的使用情况）。

下图给出了GPIO 模块各个端口相应寄存器的结构图，大家看懂这个结构图，也就对GPIO 口的操作有了整体的了解。

图1：数字/模拟IO 结构图
比如：port control 寄存器控制端口输入和输出,Date control 控制数据量。详细的说明大家参考datasheet。如果TI 没有给出函数库，那么编写程序进行寄存器配置就是很重要的一环。

在inc/tm4c123gh6pz.h 文件中对tm4c123gh6pz（LM4F232）寄存器进行了全面的配置，TI 的这个头文件采取的是一次列举的方式分配寄存器地址的。有的32 位ARM 的头文件则采取的是结构体的方式分配地址的。

那么谈到GPIO 的使用，我们最重点注意的还是IO 端口状态的配置。GPIO 的寄存器配置常用的有：

数据寄存器操作，数据方向操作，中断操作，端口模式操作等等。

如果大家直接操作响应寄存器是可以的，但是TI 配备了完整的函数库，使用函数库进行操作就变的很简单了。这也是我们下面的软件编程中要详细介绍的。

在TM4C 系列ARM 里，GPIO 管脚可以被配置为多种工作模式，其中有3 种比较常用：高阻输入、推挽输出、开漏输出。这三种模式，大家在模电数电中已经有过了解了：
1．高阻输入(Input)
如图2 所示，为GPIO 管脚在高阻输入模式下的等效结构示意图。这是一个管脚的情况，其它管脚的结构也是同样的。输入模式的结构比较简单，就是一个带有施密特触发输入（Schmitt-triggered input）的三态缓冲器（U1），并具有很高的输入等效阻抗。

图2：高阻输入
2．推挽输出(Output)
如图3 所示，为GPIO 管脚在推挽输出模式下的等效结构示意图。U1 是输出锁存器，执行GPIO 管脚写操作时，在写脉冲（Write Pulse）的作用下，数据被锁存到Q和/Q。T1 和T2 构成CMOS 反相器，T1 导通或T2 导通时都表现出较低的阻抗，但T1和T2 不会同时导通或同时关闭，最后形成的是推挽输出。在Stellaris 系列ARM 里，T1 和T2 实际上是多组可编程选择的晶体管，驱动能力可配置为2mA、4mA、8mA，以及带转换速率（Slew Rate）控制的8mA 驱动。

图3：推挽输出
3．开漏输出(OutputOD)
如图4 所示，为GPIO 管脚在开漏输出模式下的等效结构示意图。开漏输出和推挽输出相比结构基本相同，但只有下拉晶体管T1 而没有上拉晶体管。同样，T1 实际上也是多组可编程选择的晶体管。开漏输出的实际作用就是一个开关，输出“1”时断开、输出“0”时连接到GND（有一定内阻）。回读功能：读到的仍是输出锁存器的状态，而不是外部管脚Pin 的状态。因此开漏输出模式是不能用来输入的。

图4：开漏输出

当然Cortex M4 TM4C123gh6pz（LM4F232）的寄存器要比51，AVR 的单片机寄存器多一些，他所需用的工作状态也要复杂的多，详细的寄存器配置大家可以查看数据手册，这里就不展开了。

3.12 硬件设计：
实验硬件采用：青风QF-Hanker V2.0 开发板. 开发板中，我们给出了一个用户LED灯。电路如图所示，通过PC7 口进行控制：

图5：硬件电路图
3.13 软件设计：
学会使用TI 的函数库进行编程。我们过去编写51 等单片机时是直接配置寄存器的，使用函数库这种方法对于越来越复杂的MCU 是非常必须的。Cortex M4 内部的寄存器比较多，如果去慢慢了解寄存器需要花费大量的时间。而直接使用TI 封装好的函数库能够大大减少入门时间，开发者可以集中精力于项目功能的实现，大大缩短了开发时间。当然有时间深入研究的朋友也可以编写自己的函数库，一句话，怎么方便怎么来。

大家可以查看TI 外设函数库驱动文档，对函数库进行详细了解。这里先介绍结构GPIO 端口常用的函数：

1.GPIOPadConfigSet 设置指定管脚的配置。
函数原型： GPIOPadConfigSet(unsigned long ulPort,
unsigned char ucPins,
unsigned long ulStrength,
unsigned long ulPinType)
参数：
ulPort 是GPIO 端口的基址。
ucPins 是特定管脚的位组合（bit-packed）表示。
ulStrength 指定输出驱动强度。
ulPinType 指定管脚类型。
描述：
这个函数设置所选GPIO 端口指定管脚的驱动强度和类型。对于配置用作输入端口的管脚，端口按照要求配置，但是对输入唯一真正的影响是上拉或下拉终端的配置。
参数ulStrength 可以是下面的一个值：
GPIO_STRENGTH_2MA；
GPIO_STRENGTH_4MA；
GPIO_STRENGTH_8MA；
GPIO_STRENGTH_8MA_SC。
在上面的值中，GPIO_STRENGTH_xMA 指示2、4 或8mA 的输出驱动强度；而GPIO_OUT_STRENGTH_8MA_SC 指定了带斜率控制（slew control）的8mA 输出驱动。
参数ulPinType 可以是下面的其中一个值：
GPIO_PIN_TYPE_STD；
GPIO_PIN_TYPE_STD_WPU；
GPIO_PIN_TYPE_STD_WPD；
GPIO_PIN_TYPE_OD；
GPIO_PIN_TYPE_OD_WPU；
GPIO_PIN_TYPE_OD_WPD；
GPIO_PIN_TYPE_ANALOG。
在上面的值中，
GPIO_PIN_TYPE_STD*指定一个推挽管脚，
GPIO_PIN_TYPE_OD*指定一个开漏管脚，
*_WPU 指定一个弱上拉，
*_WPD 指定一个弱下拉，
GPIO_PIN_TYPE_ANALOG 指定一个模拟输入（对于比较器来说）。
管脚用一个位组合（bit-packed）的字节来指定，在这个字节中，置位的位用来识别被访问的管脚，字节的位0 代表GPIO 端口管脚0、位1 代表GPIO 端口管脚1 等等。
2.GPIODirModeSet：设置指定管脚的方向和模式。
函数原型：
void GPIODirModeSet(unsigned long ulPort, unsigned char ucPins, unsigned long ulPinIO)
参数：
ulPort 是GPIO 端口的基址。
ucPins 是管脚的位组合（bit-packed）。
ulPinIO 是管脚方向“与/或”模式。
描述：
这个函数在软件控制下将所选GPIO 端口的指定管脚设置成输入或输出，或者，也可以将管脚设置成由硬件来控制。
参数ulPinIO 是一个枚举数据类型，它可以是下面的其中一个值：

GPIO_DIR_MODE_IN；
GPIO_DIR_MODE_OUT；
GPIO_DIR_MODE_HW。

在上面的值中，GPIO_DIR_MODE_IN 表明管脚将被编程用作一个软件控制的输入，
GPIO_DIR_MODE_OUT 表明管脚将被编程用作一个软件控制的输出，
GPIO_DIR_MODE_HW 表明管脚将被设置成由硬件进行控制。

管脚用一个位组合（bit-packed）的字节来指定，这里的每个字节，置位的位用来识别被访问的管脚，字节的位0 代表GPIO 端口管脚0、位1 代表GPIO 端口管脚1 等等。
3.GPIOPinWrite 向指定管脚写入一个值。
函数原型：
void
GPIOPinWrite(unsigned long ulPort,
unsigned char ucPins,
unsigned char ucVal)
参数：
ulPort 是GPIO 端口的基址。
ucPins 是管脚的位组合（bit-packed）表示。
ucVal 是写入到指定管脚的值。
描述：
将对应的位值写入ucPins 指定的输出管脚。向配置用作输入的管脚写入一个值不会产生任何影响。
管脚用一个位组合（bit-packed）的字节来指定，在这个字节中，置位的位用来识别被访问的管脚，字节的位0 代表GPIO 端口管脚0、位1 代表GPIO 端口管脚1 等等。
下面我们就来点亮其中led 灯，并且不停闪烁，也就是把IO 管脚定义为输出：
点亮一个led 灯的过程我们可以归纳如下：
1：配置系统时钟和使能GPIO 端口外设，也就是开GPIO 功能。
2：配置GPIO 端口驱动电流大小和管脚模式
3：设置管脚为输出管脚。
4：设置管脚输出是高电平还是低电平。

那么下面我们开始编写程序：
首先建立工程项目目录如下图所示，具体的建立要求的方法见上一章的快速入门：

由于我们需要使用库函数，因此除了调用我们写的主函数，再就是需要添加封装好的driverlib.lib 库函数，这样整个工程项目就建立好了，下面就是来编写主函数了。
主函数要使用库函数内的函数定义，因此需要调用如下一些函数库头文件：

//-----------------------------------------------------------------------------
// 文件名: led 闪烁
// 作者: 青风
// ARM 内核: Cortex-M4
// 使用芯片: LM4F232H5QD/tm4c123gh6pz
// 开发环境: KEIL
// 版本记录: 2013-6-10 14:30
//函数功能说明：led 不停的闪动
//-----------------------------------------------------------------------------
#include "inc/tm4c123gh6pz.h" //可以不加
#include //定义字符内型
#include //0/1 的定义
#include "inc/hw_types.h" //一些位带操作的宏定义
#include "inc/hw_memmap.h" //外设基地址的定义
#include "driverlib/sysctl.h" //系统时钟
#include "driverlib/gpio.h" //gpio 定义
/**********************************************/
/* 函数功能；简单的延迟函数*/
/* 入口参数：无*/
/**********************************************/
void delay()
{
int i,j;
for(i=0;i<1000;i++)
{
for(j=0;j<1000;j++);
}
}
/**********************************************/
/* 函数功能；主函数*/
/* 入口参数：无*/
/**********************************************/
int main(void)
{
SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_1 | SYSCTL_USE_OSC |
SYSCTL_XTAL_16MHZ | SYSCTL_OSC_MAIN); //系统时钟设置
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOC); // 使能LED 所在端口PC
GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTC_BASE, GPIO_PIN_7);//配置PN.7 为led 灯输出
while(1)
{
GPIOPinWrite(GPIO_PORTC_BASE,GPIO_PIN_7,0); //灭灯
delay();//延迟
GPIOPinWrite(GPIO_PORTC_BASE,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_7);//亮灯
delay(); //延迟
}
}

复制代码

下载成功后：led 灯开始闪动。

外设应用：第一节：gpio应用-点亮led.pdf (391.94 KB, 下载次数: 354)

minjiang

呵呵，一不留意，侬可是挂羊头，卖狗肉了

[ 本帖最后由 minjiang 于 2013-7-15 06:59 编辑 ]

在路上的旁观者

好

衰人飞

赞！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！

997576280

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讲的不错
你好刚刚开始学习 Tiva C TM4C123G
遇到PWM不能输出的问题
可以指导一下吗？ QQ 1750903079

G_Masker

库函数分析的很好，docs里的库函数说明都是英文不容易看懂，帖子对于初学者来说很有帮助

longwu357

楼主辛苦了

豪小子丶

谢谢楼主的分享，这下学M4就会快很多了

请给我C代码

分析得挺不错的，赞一个

周景贤

楼主辛苦了

421353802

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TivaWare和 StellarisWare的区别