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GPIO入门

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Main Takeaway

Following 哈工深上传到B站的电控组培训来入门robomaster电控组，我购买了普中科技玄武套餐开发板作为硬件。

本篇介绍我学习GPIO的见闻

GPIO

简介

GPIO：general purpose input output通用输入输出，一种外设与大部分芯片引脚挂钩。

GPIO时最基本功能，高电平3.3V，低电平0V，单片机对外设的所有操作都通过GPIO进行的

八种模式

四种输入，四种输出

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VDD表示器件内部的工作电压，VSS通常指电路公共接地端电压。 对于数字电路来说，VDD是芯片的工作电压，VSS是接地点，在场效应管中，VDD为漏极，VSS为源极，VDD和VSS指的是元件引脚

  • 输入浮空：不确定，根据阈值确定0和1（不常用），浮空什么都不接，高阻态，数据传输时较多

    image-20230815145657948

  • 输入上拉：拉就是把点位拉高，比如拉到Vcc。上拉就是将不确定的信号通过一个上拉电阻嵌位在高电平。电阻同时起到限流的作用。

    无输入——1，有输入——取决于输入

    image-20230815145710226

  • 输入下拉：

    无输入——0，有输入——取决于输入

    image-20230815145727794

  • 模拟输入：ADC，可推出读入电压的大小

    image-20230815145737614

  • 开漏输出：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。（低电压控制高电压）

    0——输出0，1——浮空

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  • 推挽输出（最多）：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级管分别受到互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止

    0——0，1——1

    image-20230815145757519

  • 推挽式复用：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）

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  • 开漏式复用：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）

    image-20230815145820371

常用函数

  • 设置GPIO电平高低
1
HAL_GPIO_WritePin(GPIOx,GPIO_Pin,GPIO_state);

GPIOX代表目标引脚的端口号，例如GPIOB。 GPIO_Pin代表目标引脚的引脚号，例如GPIO_Pin_5。 GPIO_state代表当前引脚的高低电平，高电平(GPIO_PIN_SET)熄灭、低电平(GPIO_PIN_RESET)点亮。

  • 翻转GPIO电平状态
1
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOx,GPIO_Pin); //toggle  v.切换
  • 读取GPIO电平状态
1
HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx,GPIO_Pin);

Tips:GPIO用|，挺常见的（用+也一样）

实验

分别做了跑马灯和按键点亮GPIO的实验

BONUS

CubeMX

一、基本概念：

  • RCC： Reset and Clock Control，即复位和时钟控制。

  • HSE： High Speed External Clock signal，高速外部时钟信号，即是OSC_IN和OSC_OUT接口所接的4~16MHz的晶振，一般接8MHz。

    Tips:72MHz，我在CubeMX中设置的72但是在keil中打开工程还是8MHz，很奇怪（我只能手动修改）

  • LSE： Low Speed External Clock signal，低速外部时钟信号，即是OSC32_IN和OSC32_OUT接口，指外部用于RTC的32.768KHz晶振。

  • HSI： High Speed Internal Clock signal，高速内部时钟信号，出厂校准的8MHz内部RC振荡器。

  • LSI： Low Speed Internal Clock signal，高速内部时钟信号，带有校准功能的40KHz的内部RC振荡器。

  • RTC： Real Time Clock实时时钟，用于带有年、月、日、小时、分钟、秒钟的计时器。

  • PLL：锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍，但是其输出频率最大不得超过72MHz。

  • SYSCLK：系统时钟，最高72MHz。

  • AHB：高级高性能总线，这是一种“系统总线”AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接。AHB 系统由主模块、从模块和基础结构(Infrastructure)3部分组成，整个AHB总线上的传输都由主模块发出，由从模块负责回应。

  • APB：是一种外围总线。APB主要用于低带宽的周边外设之间的连接，例如UART等，它的总线架构不像 AHB支持多个主模块，在APB里面唯一的主模块就是APB 桥。

二、外部晶振与内部晶振的区别：

外部晶振比较稳定而内部晶振的误差比较大，但如果对频率要求不高，如不涉及到串口通信和精确定时等情况时，则可以使用内部晶振。所以如果对频率要求不高，则一般是优先使用内部晶振。如果要省电，用到了SLEEP，则不能使用内部晶振，因为内部振荡会停止。

  • debug:SWD，JTAG(4/5 pins)

  • 选引脚后，在GPIO中进一步配置：

    GPIO mode,maximum output speed(速度越快耗电越大,high就完事了)

  • RCC配置时钟（Crystal）：选择HSE:Crystal/Ceramic Reasonator外部晶振（HSI内部时钟，慢/不准确）

    Tips:时钟树的配置，晶振能在板子原理图中看

普中ARM仿真器

普中免驱版ARM仿真器：选择CMSIS-DAP Debugger

Tips:一般开始先build（比rebuild节约时间）

可用20PIN的线直连，也可自己接线用杜邦线把仿真器和板子对应引脚连接：

JTAG接线方式：1、3、4、5、7、9、13、15

SWJ接线方式：1、 4、 7、 9

仿真器接线

ARM 仿真器种类与概念

JTAG、SWD是仿真器协议接口。

JLink、ULink、ST-Link是各家公司仿真器的名字：调试仿真器是为了嵌入式程序开发时，连接电脑和单片机，方便于调试、仿真、下载嵌入式程序的设备。

JATG协议

JTAG（Joint Test Action Group，联合测试行动小组）是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部测试。现在多数的高级器件都支持JTAG协议，如ARM、DSP、FPGA器件等。JTAG调试接口必须使用VCC、GND电源信号，以及TMS、TCK、TDI、TDO四根调试信号，可选TRST、RESET复位信号和RTCK（同步时钟）信号。

  • VREF:目标表参考电压信号，用于检测目标板是否供电，直接与目标板VDD相连，并不向外提供输出电压；
  • TRST:JTAG复位，连接到目标板CPU的nTRST引脚，用于复位CPU调试接口的TAP控制器；目标板上应该将此脚上拉到高电位，避免意外复位，可选引脚；
  • TDI:测试数据输入，建议在目标板上上拉到VDD；
  • TMS:测试模式选择，必须在目标板上将此引脚上拉；
  • TCK:测试时钟输入，建议在目标板上将此引脚上拉；
  • TDO:测试数据输出；
  • RTCK: 目标板提供仿真器的时钟信号，有些项目中是要求JTAG的输入与其内部时钟信号同步，仿真器利用此引脚的输入可动态的控制自己的TCK速率；
  • RESET:仿真器输出至目标CPU的系统复位信号，可选信号；

SWD接口

串行调试（Serial Wire Debug），SWD是ARM调试公司提出的另外一种调试接口，相对于JTAG接口，占用更少的端口资源，四根信号如下：

  • Vre：目标表参考电压信号，用于检测目标板是否供电，直接与目标板VDD相连，并不向外提供输出电压；

  • GND：公共地信号；

  • SWDIO：串行数据输入信号，作为仿真信号的双向数据信号线，建议上拉；

  • SWCLK：串行时钟输入，作为仿真信号的时钟信号线，建议下拉；

  • SWO：串行数据输出，CPU调试接口可通过SWO输出一些调试信息，该引脚可选。

  • RESET：仿真器输出至目标CPU的系统复位信号；是可选信号。

Tips:JTAG中的TRST和RESET，以及SWD中的RESET：虽然都是可选信号，建议连接，使得仿真器能够在连接器前对器件进行复位，已获得较理想的状态，便于后续连接仿真。

JLink仿真器

J-Link连接到计算机用的是USB接口，而到目标板内部用的还是jtag协议。它完成了一个从软件到硬件转换的工作。

J-Link是德国 SEGGER 公司的仿真器，得到所有主流的 IDE 的支持。支持SWIM / JTAG / SWD下载。速度，效率，功能都很好，据说是众多仿真器里最强悍的。

ULink仿真器

ULINK是ARM/KEIL公司推出的仿真器，ULINK2和ULINK Pro仿真器。ULINK/ULINK2可以配合Keil软件实现仿真功能，

Tips:但是要注意的是，ULINK是KEIL公司开发的仿真器，专用于KEIL平台下使用，ADS、IAR下不能使用。

ST-Link仿真器

​ ST-LINK是专门针对意法半导体STM8和STM32系列芯片的仿真器。ST-LINK /V2指定的SWIM标准接口和JTAG / SWD标准接口，其主要功能有：

  • 编程功能：可烧写FLASH ROM、EEPROM、AFR等；
  • 仿真功能：支持全速运行、单步调试、断点调试等各种调试方法，可查看IO状态，变量数据等；
  • 仿真性能：采用USB2.0接口进行仿真调试，单步调试，断点调试，反应速度快；
  • 编程性能：采用USB2.0接口，进行SWIM / JTAG / SWD下载，下载速度快；

References