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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第,5,章 嵌入式系统输入输出设备接口,5.1 GPIO,（通用输入,/,输出接口）,5.1.1 GPIO,原理与结构,GPIO,（,General Purpose I/O,，通用输入,/,输出接口）也称为并行,I/O,（,parallel I/O,），是最基本的,I/O,形式，由一组输入引脚、输出引脚或输入,/,输出引脚组成，,CPU,对它们能够进行存取操作。有些,GPIO,引脚能够通过软件编程改变输入,/,输出方向。,一个双向,GPIO,端口（,D0,）的简化功能逻辑图如图,5.1.1,所示，图中,PORT,为数据寄存器和,DDR,（,Data Direction Register,）为数据方向寄存器。,图,5.1.1,双向,GPIO,功能逻辑图,DDR,设置端口的方向。如果,DDR,的输出为,1,，则,GPIO,端口为输出形式；如果,DDR,的输出为零，则,GPIO,端口为输入形式。写入,WR,DDR,信号能够改变,DDR,的输出状态。,DDR,在微控制器地址空间中是一个映射单元。这种情况下，如果需要改变,DDR,，则需要将恰当的值置于数据总线的第,0,位（即,D0,），同时激活,WR,DDR,信号。读,DDR,，就能得到,DDR,的状态，同时激活,RD,DDR,信号。,如果设置,PORT,引脚端为输出，则,PORT,寄存器控制着该引脚端状态。如果将,PORT,引脚端设置为输入，则此输入引脚端的状态由引脚端上的逻辑电路层来实现对它的控制。对,PORT,寄存器的写操作，需要激活,WR,PORT,信号。,PORT,寄存器也映射到微控制器的地址空间。需指出，即使当端口设置为输入时，如果对,PORT,寄存器进行写操作，并不会对该引脚产生影响。但从,PORT,寄存器的读出，不管端口是什么方向，总会影响该引脚端的状态。,5.1.2 S3C2410A,输入输出端口编程实例,S3C2410A,共有,117,个多功能复用输入输出端口（,I/O,口），分为端口,A,端口,H,共,8,组。为了满足不同系统设计的需要，每个,I/O,口可以很容易地通过软件对进行配置。每个引脚的功能必须在启动主程序之前进行定义。如果一个引脚没有使用复用功能，那么它可以配置为,I/O,口。注意：端口,A,除了作为功能口外，只能够作为输出口使用。,在,S3C2410A,中，大多数的引脚端都是复用的，所以对于每一个引脚端都需要定义其功能。为了使用,I/O,口，首先需要定义引脚的功能。每个引脚端的功能通过端口控制寄存器（,PnCON,）来定义（配置）。与配置,I/O,口相关的寄存器包括：端口控制寄存器（,GPACON,GPHCON,）、端口数据寄存器（,GPADAT,GPHDAT,）、端口上拉寄存器（,GPBUP,GPHUP,）、杂项控制寄存器以及外部中断控制寄存器（,EXTINTN,）等。,S3C2410A,的,I/O,口配置情况请参考第,3,章如表,3.4.1,3.4.7,所列。,下面介绍一个通过,G,口的控制发光二极管,LED1,和,LED2,轮流闪烁,I/O,口编程实例,徐英慧,。,对,I/O,口的操作是通过对相关各个寄存器的读写实现的。要对寄存器进行读写操作，首先要对寄存器进行定义。有关,I/O,口相关寄存器的宏定义代码如下：,/Port A,控制寄存器,#definerGPACON,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000000,）,/Port A,数据寄存器,#definerGPADAT,（*（,volati1e unsigned*,）,0 x56000004,）,/Port B,控制寄存器,#definerGPBCON,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000010,）,/Port B,数据寄存器,#definerGPBDAT,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000014,）,/Port B,上拉电阻禁止寄存器,#definerGPBUP,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000018,）,/Port C,控制寄存器,#definerGPCCON,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000020,）,/Port C,数据寄存器,#definerGPCDAT,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000024,）,/Port C,上拉电阻禁止寄存器,#definerGPCUP,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000028,）,/Port D,控制寄存器,#definerGPDCON,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000030,）,/Port D,数据寄存器,#definerGPDDAT,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000034,）,/Port D,上拉电阻禁止寄存器,#definerGPDUP,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000038,）,/Port E,控制寄存器,#definerGPECON,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000040,）,/Port E,数据寄存器,#definerGPEDAT,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000044,）,/Port E,上拉电阻禁止寄存器,#definerGPEUP,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000048,）,/Port F,控制寄存器,#definerGPFCON,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000050,）,/Port F,数据寄存器,#definerGPFDAT,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000054,）,/Port F,上拉电阻禁止寄存器,#definerGPFUP,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000058,）,/Port G,控制寄存器,#definerGPGCON,（*（,volati1e unsigned*,）,0 x56000060,）,/Port G,数据寄存器,#definerGPGDAT,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000064,）,/Port G,上拉电阻禁止寄存器,#definerGPGUP,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000068,）,/Port H,控制寄存器,#definerGPHCON,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000070,）,/Port H,数据寄存器,#definerGPHDAT,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000074,）,/Port H,上拉电阻禁止寄存器,#definerGPHUP,（*（,volatile unsigned*,）,0 x56000078,）,要想实现对,G,口的配置，只要在地址,0 x5600 0060,中给,32,位的每一位赋值就可以了。如果,G,口的某个引脚被配置为输出引脚，在,PDATG,对应的地址位写入,1,时，该引脚输出高电平；写入,0,时该引脚输出低电平。如果该引脚被配置为功能引脚，则该引脚作为相应的功能引脚使用。,下面是实现,LED1,和,LED2,轮流闪烁的程序代码。,void Main,（,void,）,int flag,，,i,；,Target Init,（）；,/,进行硬件初始化操作,，,包括对,I,O,口的初始化操作,for,（；）,if,（,flag=0,）,for,（,i=0,；,i 1000000,；,i+,）；,/,延时,rGPGCON,rGPGCON,0 xfff0ffff|0 x00050000,；,/,配置第,8,、,第,/9,位为输出引脚,rGPGDAT,rGPGDAT,0 xeff|0 x200,；,/,第,8,位输出为低电平,/,第,9,位输出高电平,for,（,i=0,；,i 10000000,；,i+,）；,/,延时,flag=1,；,else,for,（,i=0,；,i 1000000,；,i+,）；,/,延时,rGPGCON,rGPGCON,0 xfff0ffff,（,0 x00050000,；,/,配置第,8,、,/,第,9,位为输出引脚,rGPGDAT,rGPGDAT,Oxdff|0 x100,；,/,第,8,位输出为高电平,/,第,9,位输出低电平,for,（,i=0,；,iVi,的情况时，此时，比较器的输出为低电平，使计数控制信号,C,为,0,，计数器停止计数。这时候数字输出量,D7,D0,就是与模拟电压等效的数字量。计数控制信号由高变低的负跳变也是,A/D,转换的结束信号，表示已完成一次,A/D,转换。,计数式,A/D,转换器结构简单，但转换速度较慢。,2,双积分式,A/D,转换器原理,双积分式,A/D,转换器对输入模拟电压和参考电压进行两次积分，将电压变换成与其成正比的时间间隔，利用时钟脉冲和计数器测出其时间间隔，完成,A/D,转换。双积分式,A/D,转换器主要包括积分器、比较器、计数器和标准电压源等部件，其电路结构图如图,5.2.2,（,a,）所示。,双积分式,A/D,转换器的转换过程如下：,首先对输入待测的模拟电压,Vi,进行固定时间的积分；,然后转换到标准电压,VR,进行固定斜率的反向积分（定值积分），如图,5.2.2,（,b,）所示。反向积分进行到一定时间，便返回起始值。从图,5.2.2,（,b,）中可看出对标准电压,VR,进行反向积分的时间,T2,正比于输入模拟电压，输入模拟电压越大，反向积分回到起始值的时间,T,越长，有,Vi,（,T2/T1,）,VR,。,用标准时钟脉冲测定反向积分时间（如计数器），就可以得到对应于输入模拟电压的数字量，实现,A/D,转换。,双积分式,A/D,转换器具有很强的抗工频干扰能力，转换精度高，但速度较慢。,图,5.2.2,（,a,）双积分式,A/D,转换器电路结构图,双积分式,A/D,转换图,图,5.2.2,（,b,）积分输出波形,3,逐次逼近式,A/D,转换器原理,逐次逼近式,A/D,转换器电路结构如图,5.2.3,所示，其工作过程可与天平称重物类比，图中的电压比较器相当于天平，被测电压,Ux,相当于重物，基准电压,Ur,相当于电压法码。该方案具有各种规格的按,8421,编码的二进制电压法码,Ur,，根据,UxUr,，比较器有不同的输出以打开或关闭逐次逼近寄存器的各位。输出从大到小的基准电压法码，与被测电压,Ux,比较，并逐渐减小其差值，使之逼近平衡。当,Ux=Ur,时，比较器输出为零，相当于天平平衡，最后以数字显示的平衡值即为被测电压值。,逐次逼近式,A/D,转换器转换速度快，转换精度较高，对,N,位,A/D,转换只需,N,个时钟脉冲即可完成，可用于测量微秒级的过渡过程的变化，是在计算机系统中采用最多的一种,A/D,转换方法。,图,5.2.3,逐次逼近式,A/D,转换器电路结构,4,A/D,转换器的主要指标,（,1,）分辨率（,Resolution,）,分辨率用来反映,A/D,转换器对输入电压微小变化的响应能力，通常用数字输出最低位（,LSB,）所对应的模拟输入的电平值表示。,n,位,A/D,转换能反应,1/2n,满量程的模拟输入电平。分辨率直接与转换器的位数有关，一般也可简单地用数字量的位数来表示分辨率，即,n,位二进制数，最低位所具有的权值，就是它的分辨率。,值得注意的是，分辨率与精度是两个不同的概念，不要把两者相混淆。即使分辨率很高，也可能由于温度漂移、线性度等原因，而使其精度不够高。,（,2,）精度（,Accuracy,）,精度有绝对精度（,Ab
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