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因?yàn)轫椖克瑁圆坏貌婚_始研究M3，我用的是NXP公司的LPC1768這個芯片，它是具有三級流水線的哈佛結(jié)構(gòu)，帶獨(dú)立的本地指令和數(shù)據(jù)總線以及用于外設(shè)的稍微低性能的第三條總線，還包含一個支持隨機(jī)跳轉(zhuǎn)的內(nèi)部預(yù)取指單元。好了，今天只是初步測試一下它的GPIO功能，所謂的GPIO也就是通用輸入/輸出口(General Purpose Input Output)，萬丈高樓平地起，慢慢來吧。實(shí)驗(yàn)的原理圖很簡單，就是幾個LED燈，關(guān)于燈的電流及電壓參數(shù)，這里不作詳細(xì)介紹，有興趣的可以到網(wǎng)上或供應(yīng)商那里要一份數(shù)據(jù)手冊看一下，做技術(shù)的不能懶，有些東西該看的還是要看的。
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圖1 硬件原理圖
硬件原理圖很簡單了，74LVC244是用來驅(qū)動LED的，74LVC244內(nèi)部就是8個三態(tài)門，關(guān)于它的詳細(xì)電氣參數(shù)，請參閱它的數(shù)據(jù)手冊。關(guān)于程序也不是太難，有幾個地方要說一下。即然是GPIO實(shí)驗(yàn)，當(dāng)然要關(guān)注GPIO的配置了，由于大部分引腳都具有一個以上功能，所以首先要配置引腳功能寄存器PINSEL，只有當(dāng)引腳配置為GPIO功能時，GPIO的方向位才有效，對于其它功能來說，方向是自動的。關(guān)于引腳功能寄存器PINSEL功能如下表所示：
PINSEL0~PINSEL9的值功能復(fù)位后的值
00默認(rèn)功能，通常為GPIO口00
01第一個可選功能
10第二個可選功能
11第三個可選功能
PINSEL寄存器每兩位控制一個引腳，由于各個引腳的功能不一樣，所以PINSEL0~PINSEL9的配置也相應(yīng)的有所不同，想詳細(xì)了解這10個寄存器的功能可以參看《user.manual.lpc17xx》，這個手冊可以到NXP的網(wǎng)站上去下載。由于這次實(shí)驗(yàn)只是用到GPIO功能，所以暫時不用管這個寄存器，用它的默認(rèn)值就可以了。
另一個寄存器是引腳模式選擇寄存器PINMODE，它控制所有端口的工作模式，包括是否配置上拉/下拉電阻和特定的開漏操作模式等。引腳模式選擇寄存器PINMODE的功能如下表所示：
PINMODE0~PINMODE9的值功能復(fù)位后的值
00引腳使能片內(nèi)上拉電阻00
01中斷模式
10引腳沒有使能片內(nèi)上拉/下拉電阻
11引腳使能下拉電阻
當(dāng)引腳處于邏輯高電平時，中繼模式使能上拉電阻，當(dāng)引腳處于邏輯低電平時，使能下拉電阻，當(dāng)引腳配置為輸入且不是通過外部驅(qū)動時，引腳將保持上一個已知狀態(tài)。PINMODE_0D寄存器控制寄存器的開漏模式，引腳配置為輸出且值為0時，開漏模式會正常地將引腳電平拉低。但是如果輸出引腳為1，則引腳輸出驅(qū)動關(guān)閉，等同于改變了引腳的方向，實(shí)際上是模擬了一個開漏輸出。
PINMODE_0D0~PINMODE_0D4的值功能復(fù)位后的值
00引腳處于正常模式(非開漏模式)00
01引腳處于開漏模式
除了以上兩個寄存器要配置，與GPIO端口相關(guān)的寄存器還有快速端口值寄存器FIOPIN可以用來讀/寫端口的值，端口輸出置位寄存器FIOSET，當(dāng)這個寄存器的相應(yīng)位置1時，相應(yīng)端口引腳輸出1，當(dāng)然也可以從這個寄存器讀取當(dāng)前引腳輸出的值，與它對應(yīng)的寄存器是FIOCLR，當(dāng)寄存器FIOCLR相應(yīng)位置1時，相應(yīng)引腳輸出0，但這個寄存器是只寫寄存器，不能讀取數(shù)據(jù)。好了，關(guān)于這些寄存器先總結(jié)到這，詳細(xì)的配置還要看LPC1768的用戶手冊《user.manual.lpc17xx》，當(dāng)然也可以經(jīng)常去NXP網(wǎng)站逛逛看看其它的handbook或whitepaper 好了，下面給出實(shí)驗(yàn)程序，由于程序太多，只給出部分，剩下的源文件可以到工程文件夾中去找：
/*********************************************************************************
文件名稱：mian.c
功 能： 主要調(diào)度函數(shù)及應(yīng)用函數(shù)
編譯環(huán)境： MDKV4.12
時 鐘： 外部12Mhz
日 期： 11/08/16
作 者： 懶貓愛飛
備 注：NULL
---------------------------------------------------------------------------------
修改內(nèi)容：NULL
修改日期：XXXX年xx月xx日 xx時xx分
修改人員：xxx xxx xxx
**********************************************************************************/
#include"main.h"
volatile unsigned lONg SysTickCnt; /* 用于系統(tǒng)時鐘計數(shù)*/
/********************************************************************************
* 函數(shù)名稱：void SysTick_Handler (void)
* 函數(shù)功能： 系統(tǒng)節(jié)拍定時器中斷函數(shù)，每1ms計數(shù)一次
* 入口參數(shù)： 無
* 出口參數(shù)： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void SysTick_Handler (void)
{
SysTickCnt++;
}
/********************************************************************************
* 函數(shù)名稱：void Delay (unsigned long tick)
* 函數(shù)功能： 毫秒級延時函數(shù)
* 入口參數(shù)： unsigned long tick -- 延時時長
* 出口參數(shù)： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void DelayMs (unsigned long tick)
{
unsigned long systickcnt;
systickcnt = SysTickCnt;
while ((SysTickCnt - systickcnt) < tick);
}
/********************************************************************************
* 函數(shù)名稱：void PortInit(void)
* 函數(shù)功能： 端口初始化
* 入口參數(shù)： 無
* 出口參數(shù)： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void PortInit(void)
{
GPIO1->FIODIR = 0xB0000000; /* LEDs on PORT1 defined as Output */
GPIO2->FIODIR = 0x0000007C; /* LEDs on PORT2 defined as Output */
Led1Off(); /* 初始化時熄滅所有的燈*/
Led2Off();
Led3Off();
Led4Off();
Led5Off();
Led6Off();
Led7Off();
Led8Off();
}
/********************************************************************************
* 函數(shù)名稱：int main(void)
* 函數(shù)功能： 主函數(shù)
* 入口參數(shù)： 無
* 出口參數(shù)： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
int main(void)
{
SystemInit(); /* 系統(tǒng)初始化，函數(shù)在system_LPC17xx.c文件夾中定義*/
SysTick_Config(SystemFrequency/1000 - 1); /* 配置時鐘中斷，每1ms中斷一次*/
/* 在core_cm3.h中定義*/
PortInit(); /* 端口初始化*/
while(1)
{
Led1On(); //LED1開
Led4On(); //LED4 開
DelayMs(200);
Led1Off(); //LED1關(guān)
Led4Off(); //LED4關(guān)
DelayMs(200);
}
}
因?yàn)槌绦蚴亲罨A(chǔ)的實(shí)驗(yàn)，所以不是太難，程序中延時函數(shù)用的是系統(tǒng)節(jié)拍定時器，每1m中斷一次，系統(tǒng)節(jié)拍定時器的中斷配置函數(shù)是SysTick_Config(uint32_t ticks)它在core_cm3.h中有定義，有興趣的話可以看看。GPIO是一個結(jié)構(gòu)體指針，原型在LPC17XX.H這個頭文件中，其定義的原型如下所示：
typedef struct
{
__IO uint32_t FIODIR;
uint32_t RESERVED0[3];
__IO uint32_t FIOMASK;
__IO uint32_t FIOPIN;
__IO uint32_t FIOSET;
__O uint32_t FIOCLR;
} GPIO_TypeDef;
還有幾個宏定義，如下所示：
1)、#define GPIO1 (( GPIO_TypeDef *) GPIO1_BASE)
上面這個宏是把GPIO1指向芯片GPIO1的基址上，
2)、#define GPIO1_BASE (GPIO_BASE + 0x00020)
3)、#define GPIO_BASE (0x2009C000UL)
這三個宏就把GPIO的基址定義了出來，關(guān)于LPV1768內(nèi)部地址的分配情況，可以參看它的數(shù)據(jù)手冊，也可參考一下《ARM Cortex-M3 權(quán)威指南》。
??????? 有輸出總會有輸入，今天測試一下按鍵的功能，第一節(jié)已經(jīng)說過了與GPIO端口相關(guān)的寄存器，這里不在重復(fù)，想要從端口讀取數(shù)據(jù)，首先把FIODIR這個寄存器設(shè)置為輸入，再從FIOPIN寄存器讀取數(shù)據(jù)就可以了，這個寄存器具有讀寫功能。下面說一下這個實(shí)驗(yàn)的電路圖，如下所示：
?
圖1 JoySTick按鍵連線圖
關(guān)于按鍵電路還有一個，不過是接在外部中斷0 上的，其電路圖如下圖所示：
?
這次實(shí)驗(yàn)沒有涉及到外部中斷，都是做普通的IO輸入使用的，所以在這里外部中斷就做學(xué)習(xí)總結(jié)了。下面給出這次實(shí)驗(yàn)的主程序：
/*********************************************************************************
文件名稱：mian.c
功 能： 主要調(diào)度函數(shù)及應(yīng)用函數(shù)
編譯環(huán)境： MDKV4.12
時 鐘： 外部12Mhz
日 期： 11/08/16
作 者： 懶貓愛飛
備 注：NULL
---------------------------------------------------------------------------------
修改內(nèi)容：NULL
修改日期：XXXX年xx月xx日 xx時xx分
修改人員：xxx xxx xxx
**********************************************************************************/
#include"main.h"
volatile unsigned lONg SysTickCnt; /* 用于系統(tǒng)時鐘計數(shù)*/
/********************************************************************************
* 函數(shù)名稱：void SysTick_Handler (void)
* 函數(shù)功能： 系統(tǒng)節(jié)拍定時器中斷函數(shù)，每1ms計數(shù)一次
* 入口參數(shù)： 無
* 出口參數(shù)： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void SysTick_Handler (void)
{
SysTickCnt++;
}
/********************************************************************************
* 函數(shù)名稱：void Delay (unsigned long tick)
* 函數(shù)功能： 毫秒級延時函數(shù)
* 入口參數(shù)： unsigned long tick -- 延時時長
* 出口參數(shù)： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void DelayMs (unsigned long tick)
{
unsigned long systickcnt;
systickcnt = SysTickCnt;
while ((SysTickCnt - systickcnt) < tick);
}
/********************************************************************************
* 函數(shù)名稱：void PortInit(void)
* 函數(shù)功能： 端口初始化
* 入口參數(shù)： 無
* 出口參數(shù)： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void PortInit(void)
{
GPIO1->FIODIR = 0xB0000000; /* LEDs on PORT1 defined as Output */
GPIO2->FIODIR = 0x0000007C; /* LEDs on PORT2 defined as Output */
LedAllOff(); /* 初始化時熄滅所有的燈*/
}
/********************************************************************************
* 函數(shù)名稱：int main(void)
* 函數(shù)功能： 主函數(shù)
* 入口參數(shù)： 無
* 出口參數(shù)： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
int main(void)
{
unsigned char LedFlag = 1; // 記錄LED狀態(tài)
SystemInit(); /* 系統(tǒng)初始化，函數(shù)在system_LPC17xx.c文件夾中定義*/
SysTick_Config(SystemFrequency/1000 - 1); /* 配置時鐘中斷，每1ms中斷一次*/
/* 在core_cm3.h中定義*/
PortInit(); /* 端口初始化*/
while(1)
{
if(!LedFlag)
{
Led1On(); // 點(diǎn)亮LED
}
else
{
Led1Off(); // 熄滅LED
}
if(!KEY_VAL)
{
DelayMs(10);
while(!KEY_VAL);
LedFlag ^=1; // Led狀態(tài)改變一次
}
if(!KEY_EN) // 此處是為了測試搖桿按鍵的功能是否正常
{
DelayMs(10);
while(!KEY_EN);
Led8Neg(); // 點(diǎn)亮LED // Led狀態(tài)改變一次
}
}
}
上一節(jié)對程序沒有做過多的解釋，這里詳細(xì)分析一下，工程中包含的源文件如下圖所示：
?
工程中startup_LPC17XX.s是M3的啟動文件，啟動文件由匯編語言寫的，它的作用一般是下面這幾個：
1)堆和棧的初始化
2)向量表定義
3)地址重映射及中斷向量表的轉(zhuǎn)移
4)設(shè)置系統(tǒng)時鐘頻率
5)中斷寄存器的初始化
6)進(jìn)入C應(yīng)用程序
工程中main.c是我寫的應(yīng)用程序，也就是這次實(shí)驗(yàn)的程序，core_cm3.c與core_cm3.h主要是M3外圍驅(qū)動源代碼與頭文件，使用時一般不需要修改，直接調(diào)用就可以。system_LPC17xx.c與system_LPC17xx.h是關(guān)于系統(tǒng)的文件，里面主要提供了系統(tǒng)初始化函數(shù)SystemInit()，文件中默認(rèn)情況下定義的晶振的大小為12M，使用的是外部晶振，還使用了PLL0倍頻，關(guān)于倍頻的問題，以后慢慢再總結(jié)。芯片LPC1768的初始化主要包括時鐘配置，電源管理，功耗管理等。相比較而言，時鐘配置相對復(fù)雜，因?yàn)樗▋蓚€PLL倍頻電路，一個是主PLL0主要是為系統(tǒng)和USB提供時鐘，另一個是PLL1專門為USB提供48M時鐘，但也可以不使用它們。由于時鐘配置比較靈活，所以相以設(shè)置這些參數(shù)也比較復(fù)雜，但是這些在系統(tǒng)文件中已有明確的定義，所以想要變動時只需修改系統(tǒng)文件中相應(yīng)的宏或函數(shù)即可。
下面簡要總結(jié)一下main()函數(shù)，首先是系統(tǒng)初始化函數(shù)SystemInit()，上面說過它在system_LPC17xx.c這個源文件中，這個函數(shù)主要完成了對時鐘的配置，系統(tǒng)功耗PCONP，時鐘輸出，flash加速等系統(tǒng)資源配置。如果要進(jìn)行修改可以參考源文件的修改方法，雖然是英文注釋，但都非常簡單，有興趣的可以打開看看，不過一般情況下我們拿來直接用就好了不用修改的。
函數(shù)SysTick_Config(SystemFrequency/1000 - 1) 是用來配置系統(tǒng)時鐘節(jié)拍的，它的原型在core_m3.c這個源文件中。實(shí)驗(yàn)程序中用的延時函數(shù)都是硬件延時，其實(shí)就是系統(tǒng)節(jié)拍定時器所產(chǎn)生的。使用硬件延時的原因是1、不占用軟件系統(tǒng)資源，2、比較精確。系統(tǒng)定時器配置很簡單，使用也很方便，專為系統(tǒng)軟件或系統(tǒng)管理軟件提供間隔中斷。系統(tǒng)節(jié)拍定時器的時鐘源可以是內(nèi)核時鐘也，可以是外部時鐘，外部時鐘P3.26腳引入，當(dāng)然想從這個引腳輸入時鐘，需要將這個引腳先配置成STCLK功能。系統(tǒng)節(jié)拍定時器是一個24位定時器，當(dāng)計數(shù)值達(dá)到0時產(chǎn)生中斷。系統(tǒng)節(jié)拍定時器的功能就是為下一次中斷提供前提供一個固定時間間隔。由于節(jié)拍定時器是24位的，所以使用時不能與其它定時器混為一談，一定要注意定時時長的限制，不能超過界限。
最后再說一下數(shù)據(jù)類型的問題，在8位機(jī)中數(shù)據(jù)位找一般就是8位的所以，定義變量時一般選用單字節(jié)處理速度會快些，但到了32位機(jī)中，數(shù)據(jù)位寬一般是32位的，所以定義變量時一般用4字節(jié)會好些。在core_cm3.c中有關(guān)于數(shù)據(jù)類型的定義，有興趣的可以打開看看。
?????? 無論是哪款單片機(jī)應(yīng)該都有對應(yīng)的中斷的功能，中斷在嵌入式系統(tǒng)的地位毋庸置疑。LPC1768微處理器包括4個外部中斷，分別是EINT0、EINT1、EINT2、EINT3對應(yīng)的引腳分別是P2.10~P2.13，這幾個引腳也可以作為通用IO口使用。名個外部中斷可以設(shè)置成低電平/高電平或上升沿/下降沿有效，它們還有一個功能就是可用于將處理器從睡眠、深度睡眠或掉電模式中喚醒。涉及到外部中斷的寄存器主要有以下幾個：
寄存器名稱描述功能默認(rèn)值
EXTINT外部中斷標(biāo)志寄存器設(shè)置或查看中斷標(biāo)志0x00
EXTMODE外部中斷模式寄存器設(shè)置電平觸發(fā)或邊沿觸發(fā)0x00
EXTPOLAR外部中斷極性寄存器設(shè)置為高/低電平或上升/下降沿觸發(fā)0x00
PINSEL4引腳功能選擇寄存器選擇P2引腳的功能0x00
因?yàn)閷?shí)驗(yàn)選用中斷方式而非查詢方式來測試中斷，因中P2.10口接有一個按鍵，所以就用這個按鍵來作個簡單的中斷實(shí)驗(yàn)，由于是選用的是下降沿觸發(fā)，所以還涉及一個寄存器：IO2IntenF這個寄存器的功能是使能P2口的下降沿中斷功能。因?yàn)橹皇菍?shí)驗(yàn)，所以電路很簡單，還是使用的前兩次用的電路圖，如下所示：
?
圖1 LED指示電路
還有一個電路，其實(shí)就是在P2.10口上接了一個輕工觸按鍵，以觸發(fā)外部中斷，這里就不上圖了。好了，由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡單，下面給出中斷程序，關(guān)于主程序有興趣的話可以參看附件中的，里面有完整的Real MDK4.10建立的工程工件：
/*********************************************************************************
文件名稱：extint.c
功 能： LPC1768的外部中斷函數(shù)
編譯環(huán)境： MDKV4.12
時 鐘： 外部12Mhz
日 期： 11/08/18
作 者： 懶貓愛飛
備 注：NULL
---------------------------------------------------------------------------------
修改內(nèi)容：NULL
修改日期：XXXX年xx月xx日 xx時xx分
修改人員：xxx xxx xxx
**********************************************************************************/
#include "includes.h"
volatile uint32_t eint0_counter = 8; // 初始化時第一個燈亮
/********************************************************************************
* 函數(shù)名稱：void EINT0_IRQHandler (void)
* 函數(shù)功能： 外部中斷0函數(shù)入口
* 入口參數(shù)： 無
* 出口參數(shù)： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void EINT0_IRQHandler (void)
{
SC -> EXTINT = EINT0; /* 清中斷*/
switch(eint0_counter%8)
{
case 0: Led1Neg(); /* LED1狀態(tài)取反*/
break;
case 1: Led2Neg(); /* LED2狀態(tài)取反*/
break;
case 2: Led3Neg(); /* LED3狀態(tài)取反*/
break;
case 3: Led4Neg(); /* LED4狀態(tài)取反*/
break;
case 4: Led5Neg(); /* LED5狀態(tài)取反*/
break;
case 5: Led6Neg(); /* LED6狀態(tài)取反*/
break;
case 6: Led7Neg(); /* LED7狀態(tài)取反*/
break;
case 7: Led8Neg(); /* LED8狀態(tài)取反*/
break;
default:break;
}
eint0_counter++; /* 計數(shù)值加1 */
}
/********************************************************************************
* 函數(shù)名稱：uint32_t EINTInit( void )
* 函數(shù)功能： 外部中斷0初始化函數(shù)
* 入口參數(shù)： 無
* 出口參數(shù)： 返回TURE或FALSE
* 備 注：如果是返回false則說明中斷入口函數(shù)沒有在中斷向量表中建立
*******************************************************************************/
uint32_t EINTInit( void )
{
PINCON -> PINSEL4 = 0x00100000; /* 將P2.10腳設(shè)置為EINT0即第二功能*/
GPIOINT -> IO2IntEnF = 0x200; /* 設(shè)置為下降沿觸發(fā)*/
SC -> EXTMODE = EINT0_EDGE; /* 外部中斷模式選擇為邊沿觸發(fā)*/
SC -> EXTPOLAR = 0; /* 外部中斷1極性設(shè)置，此處選默認(rèn)的低電平或下降沿*/
NVIC_EnableIRQ(EINT0_IRQn); /* 使能外部中斷0 */
return( TRUE );
}
這個程序只有兩個函數(shù)，一個是中斷處理函數(shù)，沒有什么不好理解，在這里不總結(jié)，關(guān)于中斷初始化函數(shù)，前面都是設(shè)置相關(guān)的中斷寄存器的，關(guān)于寄存器是怎么設(shè)置的可以看一下LPC1768的手冊，上面都有詳細(xì)的說明，在這里不再碼字總結(jié)。關(guān)于void NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)這個函數(shù)，它在core_cm3.h中有定義，其實(shí)就是設(shè)置中斷使能寄存器ISER，從名字就可以看出來了，它的功能就是使能中斷。這次外部中斷沒有用查詢的方式，查詢方式的原理就是設(shè)置好中斷，使能中斷，然后主程序一直查詢中斷位是否有中斷，然后再執(zhí)行相應(yīng)的措施。
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