第3章 GPIO及视频接口3
gpio接口的原理及应用
GPIO接口的原理及应用1. GPIO接口简介1.1 GPIO的含义GPIO（General Purpose Input/Output）是通用输入输出的简称，用于连接外部设备与计算机系统进行数据交互。
它是一种灵活的接口，可以根据需要配置为输入或输出模式，并支持不同的电压和信号类型。
1.2 GPIO接口的作用GPIO接口在嵌入式系统中起到了非常重要的作用。
它可以用来控制或接收外部设备的信号，如按钮、LED灯、传感器等，实现与外部世界的交互。
同时，GPIO接口也可以作为计算机系统与其他设备的通信通道，如串口通信、SPI通信等。
1.3 GPIO接口的特点•多功能性：可以配置为输入或输出模式。
•灵活性：可以根据需要进行配置和控制。
•低功耗：相比其他通信接口，GPIO接口通常功耗较低。
•低速度：相较于专用的通信接口，GPIO接口的传输速度较慢。
2. GPIO接口的工作原理2.1 输入模式在输入模式下，GPIO接口通常用于读取外部设备的信号，如按钮的按压状态、传感器的检测结果等。
工作原理如下：1.配置引脚模式：将GPIO接口的相应引脚设置为输入模式。
2.读取信号：读取引脚上的电平状态，判断外部设备的信号。
3.处理信号：根据读取到的信号进行相应的处理，如触发某个事件或改变某个状态。
2.2 输出模式在输出模式下，GPIO接口通常用于控制外部设备的状态，如控制LED灯的亮灭、驱动电机运动等。
工作原理如下：1.配置引脚模式：将GPIO接口的相应引脚设置为输出模式。
2.设置输出值：通过写入高或低电平来控制外部设备的状态。
3.控制设备：根据设置的电平状态，控制外部设备的工作状态。
3. GPIO接口的应用场景3.1 嵌入式系统在嵌入式系统中，GPIO接口被广泛应用于控制和读取外部设备的状态。
一些常见的应用场景包括： - 控制LED灯：通过GPIO接口控制LED灯的亮灭，实现状态指示或显示效果。
- 读取按键状态：将按键连接到GPIO接口，通过读取引脚的电平状态来检测按键的按压情况。
gpio详细解读 -回复
gpio详细解读-回复GPIO详细解读GPIO，全称为通用输入输出接口（General Purpose Input/Output），是一种在计算机系统中用于与外部设备进行数字通信的接口。
它允许计算机与各种不同类型的外设进行通信，并且可以通过软件控制这些外设的输入和输出。
在本文中，我将逐步回答关于GPIO的各种问题，以帮助读者全面理解和使用GPIO接口。
一、GPIO概述GPIO是计算机系统与外部设备之间的桥梁，它通过引脚（pin）与外设相连，使用数字信号进行通信。
每个引脚可以配置为输入或输出模式，以实现不同的功能。
GPIO接口的灵活性和通用性使其成为计算机系统的核心部分。
二、GPIO引脚GPIO引脚是与外部设备相连的物理引脚，它们通常以数字方式编号，并且可以通过引脚号来识别和访问。
常见的计算机系统通常具有多个GPIO引脚，可以通过软件将它们配置为输入或输出模式。
三、GPIO模式GPIO引脚可以配置为输入或输出模式，取决于与之相连的外部设备类型和应用需求。
在输入模式下，GPIO引脚可以接收来自外设的信号，并将其传递到计算机系统；而在输出模式下，GPIO引脚可以发送计算机系统生成的信号到外设。
四、GPIO寄存器GPIO寄存器是计算机系统中用于配置和控制GPIO引脚的寄存器。
通过读写这些寄存器的值，可以设置GPIO引脚的工作模式、电平状态和其他参数。
使用GPIO寄存器可以实现对GPIO接口的灵活编程控制。
五、GPIO驱动程序为了简化对GPIO的操作，操作系统通常提供了GPIO驱动程序。
通过调用这些驱动程序提供的接口函数，可以更方便地实现对GPIO引脚的配置和控制。
驱动程序隐藏了底层硬件细节，使开发人员能够更专注于应用程序的开发。
六、GPIO使用示例以下是一个简单的GPIO使用示例，以帮助读者更好地理解GPIO接口的工作原理。
1. 引脚配置：首先，需要选择一个GPIO引脚，并将其配置为输入或输出模式。
这可以通过操作GPIO寄存器来实现。
gpio用法描述
gpio用法描述
GPIO是通用输入/输出（General Purpose Input/Output）的缩写，它是一种常见的数字接口类型，被广泛应用于各种电子设备中。
GPIO接口可以作为输入或输出引脚使用，可以接收来自外部设备的电信号并将其转换为数字信号，或者将数字信号发送到外部设备。
在具体使用中，GPIO接口具有多种配置模式，例如输入模式、输出模式等。
在输入模式下，GPIO接口可以接收外部设备产生的电信号并将其转换为数字信号传递给处理器；在输出模式下，GPIO接口可以将处理器输出的数字信号转换为电信号，并向外部设备发送。
此外，GPIO接口还可以根据应用需求选择不同的工作模式，例如中断输入模式、定时器输入捕获模式、PWM输出模式、模拟输入模式等。
这些不同的工作模式使得GPIO接口可以更好地满足不同的应用需求。
在工程实践中，GPIO引脚也经常使用一些特殊的电气特性，例如上拉电阻、下拉电阻、推挽输出、开漏输出等。
这些特性可以为系统提供更多的灵活性和稳定性。
例如，使用上拉电阻可以防止输入引脚的漂移，而使用推挽输出则可以提供比开漏输出更强的驱动能力。
总的来说，GPIO是一种非常重要的数字接口，用于连接各种外部设备。
它们具有可编程性、灵活性和可靠性，并且在工业自动化、智能家居、汽车电子、医疗设备等领域中广泛应用。
在使用GPIO 时，需要根据具体的应用场景和需求进行配置和使用。
通用输入输出(GPIO)
1.2 各种模式下的 GPIO
在 Stellaris 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。
1． 高阻输入(Input)
Internal Bus Read Pulse U1
Pin
图 1.1 GPIO 高阻输入模式结构示意图
如图 1.1 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。施密特触发 输入的作用是能将缓慢变化的或者是畸变的输入脉冲信号整形成比较理想的矩形脉冲信号。 执行 GPIO 管脚读操作时，在读脉冲（Read Pulse）的作用下会把管脚（Pin）的当前电平状 态读到内部总线上（Internal Bus）。在不执行读操作时，外部管脚与内部总线之间是隔离的。
第03课 通用IO接口!
举例
• 如果一个信号的频率超过了驱动电路的响 应速度，就有可能信号失真。 应速度，就有可能信号失真。 • 如果信号频率为 如果信号频率为10MHz，而你配置了 ，而你配置了2MHz 的带宽， 的带宽，则10MHz的方波很可能就变成了 的方波很可能就变成了 正弦波。 正弦波。 • 比如山区公路的设计时速：汽车速度低于 比如山区公路的设计时速： 设计时速时，可以平稳地运行，如果超过 设计时速时，可以平稳地运行， 设计时速就会颠簸，甚至翻车。 设计时速就会颠簸，甚至翻车。
GPIO的翻转速度 的翻转速度
• 输入/输出寄存器的0 ，1 值反映到外部引脚 (APB2上)高低电平的速度。 • GPIO最大翻转速度可达18MHz。 • 翻转时间是综合的时间，包括取指令的时 间、指令执行的时间、指令执行后信号传 递到寄存器的时间(这其中可能经过很多环 节，比如AHB、APB、总线仲裁等)，最后 才是信号从寄存器传输到引脚所经历的时 间。
为什么不都用高速？
• 速度配置越高，噪声越大，功耗越大。 • 带宽速度高的驱动器耗电大、噪声也大， 带宽速度高的驱动器耗电大、噪声也大， 带宽低的驱动器耗电小、噪声也小。 带宽低的驱动器耗电小、噪声也小。使用 合适的驱动器可以降低功耗和噪声。 合适的驱动器可以降低功耗和噪声。 • 高频的驱动电路，噪声也高，当不需要高 的输出频率时，请选用低频驱动电路，这 样非常有利于提高系统的EMI EMI性能。当然如 EMI 果要输出较高频率的信号，但却选用了较 低频率的驱动模块，很可能会得到失真的 输出信号。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱPIO 的输出速度 输出速度
• 与程序有关。程序中写的多久输出一个信 与程序有关。 号即多久。 号即多久。
• GPIO口设为输入时，输出驱动电路与端口 口设为输入时， 口设为输入时 是断开，所以输出速度配置无意义。 是断开，所以输出速度配置无意义。
第3章 GPIO和AFIO汇总
读/写 来自片上外设
输出数据寄存器 GPIOx_ODR 输出控制
N-MOS
复用功能输出
推挽、 开漏或 V 关闭
SS
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通用IO和复用功能--GPIO概述
STM32F107的GPIO的特点如下： 复位期间和刚复位后，复用功能未开启，I/O端口被配置成浮空输入模 式。 所有GPIO引脚有一个内部弱上拉和弱下拉，当配置为输入时，它们可 以被激活也可以被断开。
-4-
通用IO和复用功能--GPIO概述
模拟输入 至自片上外设 复用功能输入
TTL 肖特基触发器
VDD
开/关
读出
输入数据寄存器 GPIOx_IDR 开/ 关 开/关
VSS
VDD
保护二极管 I/O引脚 保护二极管
输入驱动器 写入
位设置/清除寄存器 GPIOx_BSRR
输出驱动器
VDD
P-MOS
VSS
GPIO作为模拟输入时的结构框图 当I/O 端口被配置为模拟输入配 置时：
输出缓冲器被禁止。 禁止施密特触发输入，实现了
至自片上外设 模拟输入
TTL 肖特基触发器
读出
输入数据寄存器 GPIOx_IDR 关
VDD 输入驱动器 写入
位设置/清除寄存器 GPIOx_BSRR 保护二极管 I/O引脚 保护二极管
GPIO作为输入时的结构框图 当I/O 端口配置为输入时：
输出缓冲器被禁止。 施密特触发输入被激活。 根据输入配置(上拉，下拉或浮
读出
输入数据寄存器 GPIOx_IDR 开 开/关
TTL 肖特基触发器
VDD
开/关
动)的不同，弱上拉和下拉电阻
被连接。 出现在I/O 脚上的数据在每个 APB2时钟被采样到输入数据寄 存器。 对输入数据寄存器的读访问可得 到I/O 状态。
单片机中GPIO接口的原理及其应用案例分析
单片机中GPIO接口的原理及其应用案例分析一、引言GPIO（General Purpose Input/Output）即通用输入输出接口，是单片机中非常重要的一项功能。
它允许单片机与外部器件进行数字信号的交互，并且在各种应用领域中得到广泛应用。
本文将介绍GPIO接口的原理和工作原理，以及几个典型的应用案例。
二、GPIO接口的原理1. GPIO接口的概念GPIO接口是一种可以通过编程控制的数字输入输出接口。
在单片机中，这些GPIO引脚可以被配置为输入或输出，用来连接外部器件，例如LED、按键、传感器等。
通常引脚的电平可以由单片机的GPIO控制寄存器进行控制，也可以由外部器件控制。
2. GPIO接口的工作原理GPIO接口的工作原理是通过改变引脚的电平状态来实现输入输出控制。
引脚的电平可以被配置为高电平或低电平，分别代表1和0。
当引脚被配置为输入时，可以读取外部信号的电平状况；当引脚被配置为输出时，可以控制引脚输出的电平状态。
一般来说，输出电平可以驱动外部器件，例如LED等。
3. GPIO接口的寄存器配置在单片机中，GPIO接口通过寄存器进行配置和控制。
常见的GPIO寄存器有模式寄存器（MODE）、数据寄存器（DATA）、数据方向寄存器（DDR）等。
通过对这些寄存器的设置和读取，可以实现对GPIO引脚的控制。
三、GPIO接口的应用案例分析1. LED控制将引脚配置为输出时，可以通过改变引脚的电平状态来控制LED的亮灭。
例如，将引脚设置为高电平时，LED亮起；将引脚设置为低电平时，LED熄灭。
通过编程控制GPIO寄存器，可以实现LED的闪烁、呼吸灯等效果。
2. 按键检测将引脚配置为输入时，可以通过读取引脚的电平状态来检测按键的按下与释放。
通过编程控制GPIO寄存器，可以实现按键的响应和处理。
例如，当按键按下时，引脚电平变为低电平，可以触发相应的事件或函数。
3. 温度传感器的读取将引脚配置为输入时，可以连接温度传感器，并通过读取引脚的电平状态来获取温度传感器的数据。
3-GPIO及视频接口
第三章GPIO及视频接口本章简要介绍了TMS320DM642的GPIO和视频接口，对GPEN、GPDIR、GPVAL、GPDH、GPTL、GPHM、GPLM、GPGC等多个寄存器的配置进行了重点阐述，本章的知识要点为理解GPIO 和视频接口的寄存器的配置方法，本章建议安排4个课时进行学习。
3.1概述DM642的GPIO接口包括16个输/输出引脚，输入/输出引脚的方向(输入/输出/高阻)可以通过编程设置，这些引脚包括GP0 (M5)、 GP1 (D6)、 GP2 (C6)、 GP3 (L5)、 GP4 (F4)、GP5(F3)、GP6(F2)、GP7(E1)、GP8(AD1)、GP9 (K3)、GP10 (J2)、 GP11(F1)、GP12(H4)、GP13(G4)、GP14 (C1)和GP15 (G3)。
GPIO接口部分输入/输出引脚与其他接口引脚复用，其中GP0引脚除了用作输入/输出引脚外，还作为GP0INT中断的输出引脚，DM642复位时，GP0引脚必须保持低电平。
GP1引脚和GP2引脚与CLKOUT4和CLKOUT6复用，GP3除了用作输入/输出引脚外，还用作PCI自动初始化控制，GP3引脚状态的含义如下：“0”- PCI不通过EEPROM自动初始化(缺省设置)；“1”- PCI通过EEPROM自动初始化。
如果PCI_EN引脚为低电平，即电路系统中不使用PCI设备，则GP3引脚不能接上拉电阻。
GP4、GP5、GP6和GP7引脚和外部中断EXT_INT4、EXT_INT5、EXT_INT6和EXT_INT7复用，这些引脚配置为外部中断输入引脚时，可通过设置中断使能寄存器IER[7:4]相应位来使能中断，触发方式(边沿触发或电平触发)由中断方式寄存器EXTPOL[3:0]设置。
GP8引脚可作为输入/输出引脚，也可以作为VIC的D/A输出引脚，还可以作为PCI接口时钟频率选择引脚。
若PCI_EN引脚保持高电平(使能PCI外设)，GP8引脚的状态含义如下：“0”- PCI接口时钟频率为66MHz(缺省设置)；“1”- PCI接口时钟频率为33MH。
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（4）视频捕获通道x区域1终止寄存器(VCASTOPI，
VCBSTOPI) 定义在区域1中捕获到图像的终止。
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（5）视频捕获通道x区域2起始寄存器(VCASTRT2, VCBSTRT2) 定义在区域2中捕获到图像的起始。
（6）视频捕获通道x区域2终止寄存器(VCASTOP2, VCBSTOP2)
视频显示寄存器
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视频显示寄存器推荐值
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（四）视频引脚控制寄存器
视频引脚控制寄存器装置包括一些必须的寄存器 装置，如：外设标识以及仿真控制。Ym
VP_PIDx 外设识别寄存器；
VP_PCRx
VP_PFUNCx
外设控制寄存器；பைடு நூலகம்
引脚功能寄存器；
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5、基于DM642的视频采集与显示系统
首先DMA向原始数据FIFO填入数据，然后原始数 据FIFO再向Y FIFO目的寄存器A (YDSTA)写入数 据。DMA必须使用YEVTA事件。
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3）原始数据显示模式
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4、视频端口寄存器
视频端口配置寄存器按照不同的功能被分 成4种不同的类型，分别为：
视频端口控制寄存器
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2、 视频显示模式
2）Y/C视频显示模式
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3、 视频显示模式
3）原始数据显示模式
原始数据显示模式用于向RAMDAC或D/A类型设 备输出数据，输出数据通常采用RGB格式。 输出数据流中不嵌入时序信息，但输出可选的控 制信号可以指定时序。 原始数据模式只使用一个5120字节的FIFO存储输 出数据。
视频显示
视频采集
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视频采集通道设计
TVP5150 是TI推出的一款超低功耗, 支持自动识别 NTSC/PAL/ SECAM 制式的视频解码芯片, 具有价格低、体积 小、使用方便的特点。 NTSC/PAL制式的模拟信号送到TVP5150 后, 按照YCbCr 4: 2: 2 的格式转化成数字信号, 在本系统中以 8bit 内嵌同 步信号的BT.656 格式输出。
缓冲区中己经捕获到规定数量的新采样后，视频端 口会产生一个YEVT (Y event，Y信号事件)。 每产生一个YEVT, DMA都要把数据从缓冲区移动 到DSP内存。
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（3）原始数据捕获模式
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3、 视频显示模式
视频显示模式简介
1）BT. 656视频显示模式
视频捕获控制寄存器
视频显示控制寄存器 视频引脚控制寄存器。
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（一） 视频端口控制寄存器
视频端口控制寄存器在下表中列出，分为四个。
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（1） 视频端口控制寄存器（VPCTL）
VPCTL寄存器决定了视频端口的基本操作。
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（2）视频端口状态寄存器（VPSTAT）
void tskVideoLoopback()
{ Int status; int n = 0; Int i;
int m = 0;
FVID_Frame *capFrameBuf,*temp; FVID_Frame *disFrameBuf; /*设置显示的行数*/ Int numLinesDis = EVMDM642_vDisParamsChan.imgVSizeFld1; /*设置采集的行数*/ Int numLinesCap = SEEDVPM642_vCapParamsChan.fldYStop1 SEEDVPM642_vCapParamsChan.fldYStrt1+1; /*判断是显示区域大，还是采集区域大，取其小者*/ Int numLines = (numLinesDis > numLinesCap) ? numLinesCap : numLinesDis; /*设置采集像素数*/
定义在区域2中捕获到图像的终止。
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视频捕获通道A场1起始寄存器
视频捕获通道A场1终止寄存器
视频捕获通道A场2起始寄存器
视频捕获通道A场2终止寄存器
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电视制式有关的一些概念
① 隔行扫描，1帧图像分为奇偶2场：行、场、帧
② 电视制式 PAL (中国) 、NTSC(美/日)、SECAM（法/东欧） PAL：帧频25Hz、场频50Hz、行频15625Hz
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2、视频捕获模式
（1） BT 656视频捕获模式
BT.656模式捕获混合在一个数据流中的8位或10 位4:2:2亮度和色度数据。 视频数据按照Cb，Y，Cr，Y，Cb，Y，Cr，… 的顺序传输，序列中Cb，Y，Cr表示复合亮度 和色度采样。 捕获后的数据流将会被分解，每个分量都会写 入各自的FIFO中，最后分别传输到DSP内存中 相应的Y、Cb和Cr缓冲区。
TMS320DM642 有三个视频端口外围设备。视频
端口外设可作为视频采集端口，视频显示端口，
或作为传输流接口（TSI）。
此端口由Ａ和Ｂ两个通道组成。在两个通道之间
存在一个可分开的5120字节的采集/显示缓冲区。
整个端口（全部通道）经常被配置成仅仅进行视
频采集或者视频显示。
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视 频 口 框 图
/*设置显示行的增量*/ int disLinePitch = EVMDM642_vDisParamsChan.imgHSizeFld1;
EVMDM642_vDisParamsChan.segId = EXTERNALHEAP; //EXTERNALHEAP; EVMDM642_vDisParams SAA7105.hI2C = SEEDVPM642_I2C_hI2C; numLines *= 2; /* both fields */
视频端口状态寄存器表示视频端口当前状况。
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（3）视频端口中断寄存器（VPIE）
视频端口中断寄存器使能视频端口DSP的中断源。
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（4）视频端口中断状态寄存器
视频端口中断状态寄存器显示了视频端口到DSP的 中断状态。
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（二） 视频捕获寄存器
TMS320DM642有三个视频端口外围设备VP0、 VP1和VP2，基准地址分别为01C4 0000、 01C4 4000和01C4 8000，书中所列表中缩写名称最后的 x表示VP0～VP2中的一个 该寄存器的绝对地址=基准地址+地址偏移量。 例如：VC_STAT0、VC_STAT1和VC_STAT2的绝 对地址分别为01C4 0100、01C4 4100和01C4 8100。
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（2） Y/C视频捕获模式
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2、视频捕获模式
（3）原始数据捕获模式
在原始数据捕获模式中，只有当CAPEN （ Channel capture enable通道捕获使能）信号有 效时才能采样数据；
按照发送方的时钟进行捕获，不需要任何解释，也 不需要基于数据的值启动或终止捕获。
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视频显示通道设计
采用Philips 公司的SAA7105H 作为本地回放的视频编码芯 片。SAA7105H 可以将数字视频信号(BT. 656) 编码成普通 电视所能接收的NTSC或PAL制式的复合电视信号(CVBS)。 SAA7105H 还支持VGA 输出, 通过I2C总线对其内部寄存器设 置就可以实现不同的输出。
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（三）视频显示模式
视频显示模式选择
视频显示寄存器
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视频显示帧大小寄存器
隔 行 消 隐 间 隔 和 视 频 区 域
视频显示场1垂直消隐起 始寄存器 视频显示场1水平消隐起 始寄存器
视频显示场2图像位移寄存器
视频显示场2图像大小寄存器 第38/66页
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(复习2) 视频端口概述
① 可独立配置为视频捕获口、显示口或TSI捕获口 支持多种采集/显示方案和视频标准 可以实现与一般视频AD/视频DA的无缝连接 EDMA直接搬运图像数据，无CPU开销 ② 视频捕获模式 通过采样输入引脚的信号并保存到视频口FIFO 捕获的数据量达到编程的门限，会触发一个EDMA把 数据从FIFO搬运到DSP的内存空间。 捕获窗口指定了每帧需要捕获的数据。 ③ 视频显示模式 VP口显示数据低于预设的门限，触发EDMA EDMA把数据从存储器搬运到视频缓存FIFO中 VP口把FIFO中的按照视频格式输出
2）Y/C视频显示模式
3）原始数据显示模式
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3、 视频显示模式
1）BT. 656视频显示模式
BT.656显示模式可以把8或10位比例为4:2:2的 视频亮度和色度数据复合在一个数据流中输出； 像素将成对输出，每对像素包含两个亮度和两个 色度采样。 色度采样与第一对亮度采样相伴。按照序列 CbYCrY，输出像素在VCKOUT上升沿有效。
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6、视频应用举例
【例1】编写程序，实现图像采集。
设计分析
首先完成显示的行数、采集行数、显示区域大 小、采集像素数、采集行的增量设置。 之后需对端口进行初始化，配置视频编解码器， 将采集数据放入相应的显示缓冲区；等到采集完 成，交换缓冲区并通知进行下一次采样。
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程序代码
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视频捕获模式选择
视频端口控制寄存器 频捕获通道x控制寄存器
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（二） 视频捕获寄存器
（1）视频捕获通道x状态寄存器(VCASTAT，VCBSTAT)
表示视频捕获通道的当前显示状态。
（2）视频捕获通道A控制寄存器(VCACTL)
实现对视频捕获通道A控制。