嵌入式系统GPIO输入输出实验报告.docx

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嵌入式系统GPIO输入输出实验报告

实验四GPIO输入实验

一、实验目的

1、能够使用GPIO的输入模式读取开关信号。

2、掌握GPIO相关寄存器的用法和设置。

3、掌握用C语言编写程序控制GPIO。

二、实验环境

PC机一台

ADS1.2集成开发环境一套

EasyARM2131教学实验平台一套

三、实验内容

1.实验通过跳线JP8连接KEY1与P0.16，程序检测按键KEY1的状态，控制蜂鸣器BEEP的鸣叫。

按下KEY1，蜂鸣器鸣叫，松开后停止蜂鸣。

（调通实验后，改为KEY3键进行输入）。

2.当检测到KEY1有按键输入时点亮发光二极管LED4并控制蜂鸣器响，软件延时后关掉发光管并停止蜂鸣，然后循环这一过程直到检测按键没有输入。

（键输入改为键KEY4，发光管改为LED6）。

3.结合实验三，当按下按键Key1时，启动跑马灯程序并控制蜂鸣器响，软件延时后关掉发光管并停止蜂鸣，然后循环这一过程直到检测按键再次按下。

四、实验原理

当P0口用于GPIO输入时（如按键输入），内部无上拉电阻，需要加上拉电阻，电路图参见图4.2。

进行GPIO输入实验时，先要设置IODIR使接口线成为输入方式，然后读取IOPIN的值即可。

图4.2按键电路原理图

实验通过跳线JP8连接KEY1_P0.16，程序检测按键KEY1的状态，控制蜂鸣器BEEP的鸣叫。

按下KEY1，蜂鸣器鸣叫，松开后停止蜂鸣。

在这个实验中，需要将按键KEY1输入口P0.16设为输入口而蜂鸣器控制口P0.7设置为输出口。

蜂鸣器电路如图4.3所示，当跳线JP6连接蜂鸣器时，P0.7控制蜂鸣器，低电平时蜂鸣器鸣叫。

LED灯电路如图4.4所示，低电平时灯亮。

图4.3蜂鸣器控制电路

图4.4LED控制电路

程序首先设置管脚连接寄存器PINSEL0和PINSEL1，设置P0.16为输入，设置P0.7，P1.21为输出。

然后检测端口P0.16的电平，对P0.7,P1.21进行相应的控制，流程图如图4.5所示，实现程序见程序清单4.1。

图4.5按键输入实验流程图

五、实验步骤、源代码及调试结果

内容1

实验步骤

①启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择ARMExecutableImageforlpc2131工程模板建立一个工程BEEP_key。

②在user组里编写主程序代码main.c。

③选用DebugInFLASH生成目标，然后编译链接工程。

④将EasyARM教学实验开发平台上的相应管脚跳线短接gde台ngthengXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX。

⑤选择Project->Debug，启动AXD进行JLINK仿真调试。

⑥全速运行程序，程序将会在main.c的主函数中停止。

如下图所示：

⑦单击ContextVariable图标按钮（或者选择ProcessorViews->Variables）打开变量观察窗口，通过此窗口可以观察局部变量和全局变量。

选择SystemViews->DebuggerInternals即可打开LPC2000系列ARM7微控制器的片内外寄存器窗口。

通过变量窗口可以观察变量BEEP、KEY1等的值和ARM7微控制器的片内外寄存器窗口。

如下图所示：

⑧可以单步运行程序，先按下Key1，观察IO0PIN寄存器的值，然后断开Key1，观察IO0PIN寄存器的值。

可以设置/取消断点；或者全速运行程序，停止程序运行，观察变量的值，判断蜂鸣器控制是否正确。

如下图所示：

图4.6未按下Key1时IO0PIN的值图4.7按下Key1时IO0PIN的值

由上两图可知，当按下Key1时，IO0PIN寄存器的第16位由1变为0（F变为E），key1与P0.16相连，按下Key1时，P0.16管脚输出电平由1变为0，寄存器值变化，蜂鸣器响，说明控制是正确的。

现象描述：

按下KEY1，蜂鸣器鸣叫，松开后停止蜂鸣。

源代码：

#include"config.h"

constuint32BEEP=1<<7;//P0.7控制蜂鸣器

constuint32KEY1=1<<16;//P0.16连接KEY1

（改为KEY3时，只需“constuint32KEY1=1<<16”改为“constuint32KEY3=1<<18”，其余不变。

）

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

**函数名称：

main（）

**函数功能：

GPIO输入实验测试。

**检测按键KEY1。

KEY1按下，蜂鸣器蜂鸣，松开后停止蜂鸣。

**跳线说明：

把JP8的KEY1跳线短接，JP11连接蜂鸣器。

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

intmain（void）

{PINSEL0=0x00000000;//所有管脚连接GPIO

PINSEL1=0x00000000;

IO0DIR=BEEP;//蜂鸣器控制口输出，其余输入

while

（1）

{if（（IO0PIN&KEY1）==0）IO0CLR=BEEP;//如果KEY1按下，蜂鸣器鸣叫

elseIO0SET=BEEP;//松开则停止蜂鸣

}

return0;

}

内容二

实验步骤

①启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择ARMExecutableImageforlpc2131工程模板建立一个工程BEEP_key。

②在user组里编写主程序代码main.c。

③选用DebugInFLASH生成目标，然后编译链接工程。

④将EasyARM教学实验开发平台上的相应管脚跳线短接gde台ngthengXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX。

⑤选择Project->Debug，启动AXD进行JLINK仿真调试。

⑥全速运行程序，程序将会在main.c的主函数中停止。

如下图所示：

⑦单击ContextVariable图标按钮（或者选择ProcessorViews->Variables）打开变量观察窗口，通过此窗口可以观察局部变量和全局变量。

选择SystemViews->DebuggerInternals即可打开LPC2000系列ARM7微控制器的片内外寄存器窗口。

通过变量窗口可以观察变量BEEP、KEY1等全局变量、i等本地变量和ARM7微控制器的片内外寄存器窗口。

如下图所示：

左图所示为ARM7微控制器的片内寄存器窗口。

图4.9本地变量

图4.8全局变量

⑧可以单步运行程序，先按下Key1，观察IO0PIN寄存器的值，然后断开Key1，观察IO0PIN寄存器的值。

可以设置/取消断点；或者全速运行程序，停止程序运行，观察变量的值，判断蜂鸣器控制是否正确。

如下图所示：

.

图4.10未按下KEY1时IO0PIN的值图4.11按下KEY1后IO0PIN的值

对比图4.10和4.11，发现按下KEY1后，IO0PIN寄存器的第16位由1变为0；而KEY1对应管脚P0.16，当按下时输入低电平，这说明KEY1的控制是正确的。

上图所示为运行“IO0CLR=BEEP”后IO0PIN寄存器的值，与图4.10对比，发现第8位由1变为0，BEEP对应P0.7管脚，这说明BEEP的控制是对的。

现象描述：

当按下KEY1时，蜂鸣器鸣响，LED4亮；当松开KEY1后，蜂鸣器静音，LED4灭。

源代码如下：

#include"config.h"

constuint32BEEP=1<<7;//P0.7控制蜂鸣器

constuint32KEY1=1<<16;//P0.16连接KEY1

（改为KEY4按键时，只需把上句代码改为“constuint32KEY4=1<<19”，其余不变）

constuint32LEDS4=1<<21;//P1[21]控制LED4，低电平点亮

（改为LED6时，只需把上句代码改为“constuint32LED6=1<<23”，其余不变。

）

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

**函数名称：

main（）

**函数功能：

GPIO输入实验测试。

**检测按键KEY1。

KEY1按下，蜂鸣器蜂鸣，松开后停止蜂鸣。

**跳线说明：

把JP8的KEY1跳线短接，JP11连接蜂鸣器。

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

intmain（void）

{

Uint32i;

PINSEL0=0x00000000;//所有管脚连接GPIO

PINSEL1=0x00000000;

IO0DIR=BEEP;//蜂鸣器控制口输出0

IO1DIR=LEDS4;//设置LED4灯亮

while

（1）

{if（（IO0PIN&KEY1）==0）

for（i=0;i<1000;i++）;//软件延时

{

IO0CLR=BEEP;//如果KEY1按下，蜂鸣器鸣叫

IO1DCLR=LEDS4;//设置LED4灯亮

}

else

{

IO0SET=BEEP;//松开则停止蜂鸣

IO1SET=LEDS4;//设置LED4灯灭

}

for（i=0;i<1000;i++）;//软件延时

}

return0;

}

内容三

实验步骤

①启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择ARMExecutableImageforlpc2131工程模板建立一个工程BEEP_key。

②在user组里编写主程序代码main.c。

③选用DebugInFLASH生成目标，然后编译链接工程。

④将EasyARM教学实验开发平台上的相应管脚跳线短接gde台ngthengXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX。

⑤选择Project->Debug，启动AXD进行JLINK仿真调试。

⑥全速运行程序，程序将会在main.c的主函数中停止。

如下图所示：

⑦单击ContextVariable图标按钮（或者选择ProcessorViews->Variables）打开变量观察窗口，通过此窗口可以观察局部变量和全局变量。

选择SystemViews->DebuggerInternals即可打开LPC2000系列ARM7微控制器的片内外寄存器窗口。

通过变量窗口可以观察变量BEEP、KEY1等的值和ARM7微控制器的片内外寄存器窗口。

如下图所示：

⑧可以单步运行程序，先按下Key1，观察IO0PIN寄存器的值，然后断开Key1，观察IO0PIN寄存器的值。

可以设置/取消断点；或者全速运行程序，停止程序运行，观察变量的值，判断蜂鸣器控制是否正确。

如下图所示：

图4.12未按下Key1时IO0PIN的值图4.13按下Key1时IO0PIN的值

由上两图可知，当按下Key1时，IO0PIN寄存器的第16位由1变为0（F变为E），key1与P0.16相连，按下Key1时，P0.16管脚输出电平由1变为0，寄存器值变化，蜂鸣器响，流水灯亮，说明控制是正确的。

现象描述：

当按下按键KEY1时，蜂鸣器鸣响，流水灯亮；松开后，蜂鸣器静音，流水灯灭。

源代码如下：

#include"config.h"

constuint32BEEP=1<<7;//P0.7控制蜂鸣器

constuint32KEY=1<<16;//P0.16连接KEY1

constuint32LEDS8=0xFF<<18;//P1[25:

18]控制LED8~LED1，低电平点亮

voidDelayNS（uint32dly）

{uint32i;

for（;dly>0;dly--）

{

for（i=0;i<50000;i++）;

}

}

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

**函数名称：

liushuideng（）

**函数功能：

流水灯显示实验。

**调试说明：

连接跳线JP12至LED8~LED1。

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

/*流水灯花样，低电平点亮，注意调用时候用了取反操作*/

constuint32LED_TBL[]=

{

0x00,0xFF,//全部熄灭后，再全部点亮

0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,//依次逐个点亮

0x01,0x03,0x07,0x0F,0x1F,0x3F,0x7F,0xFF,//依次逐个叠加

0xFF,0x7F,0x3F,0x1F,0x0F,0x07,0x03,0x01,//依次逐个递减

0x81,0x42,0x24,0x18,0x18,0x24,0x42,0x81,//两个靠拢后分开

0x81,0xC3,0xE7,0xFF,0xFF,0xE7,0xC3,0x81//从两边叠加后递减

};

intliushuideng（void）

{uint8i;

PINSEL1=0x00000000;//设置管脚连接GPIO

IO1DIR=LEDS8;//设置LED控制口为输出

while

（1）

{

for（i=0;i<42;i++）

{/*流水灯花样显示*/

IO1SET=~（（LED_TBL[i]）<<18）;

DelayNS（20）;

IO1CLR=（（LED_TBL[i]）<<18）;

DelayNS（20）;

}

}

return0;

}

//主函数

intmain（void）

{

uint32i;

PINSEL0=0x00000000;//所有管脚连接GPIO

PINSEL1=0x00000000;

IO0DIR=BEEP;//蜂鸣器控制口输出0

while

（1）

{if（（IO0PIN&KEY）==0）

{for（i=0;i<1000;i++）;//软件延时

{

IO0CLR=BEEP;//如果KEY按下，蜂鸣器鸣叫

liushuideng（）;

}

}

else

{

IO0SET=BEEP;//松开则停止蜂鸣

IO1SET=LEDS8;

}

for（i=0;i<100;i++）;//软件延时

}

return0;

}

六、思考题

1、如果将P0.30设置为GPIO输入模式，且管脚悬空，那么读取P0.30得到的值是0还是1？

或者是不确定？

当管脚悬空时，该管脚有可能是高电平也有可能是低电平。

读取IO0PIN的值并不能确定管教的值。

有时管脚是高电平，读取到的不一定是高电平。

2、如果需要读取当前P0.7的输出值（不是管脚上的电平），如何实现？

将该管脚与一个LED连接，若LED亮，则输出值为0，否则为1.