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

ADS 1.2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 4.4 LED 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ARM Executable Image for lpc2131

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。

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Context Variable图标按钮（或者选择Processor Views->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System Views->Debugger Internals 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"

const uint32 BEEP = 1 << 7; // P0.7 控制蜂鸣器

const uint32 KEY1 = 1 << 16; // P0.16 连接KEY1

（改为KEY3时，只需“const uint32 KEY1 = 1 << 16”改为“const uint32 KEY3 = 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。

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

int main (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

else IO0SET = BEEP; // 松开则停止蜂鸣

}

return 0;

}

内容二

实验步骤

①启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择ARM Executable Image for lpc2131

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。

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Context Variable图标按钮（或者选择Processor Views->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System Views->Debugger Internals 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"

const uint32 BEEP = 1 << 7; // P0.7 控制蜂鸣器

const uint32 KEY1 = 1 << 16; // P0.16 连接KEY1

（改为KEY4按键时，只需把上句代码改为“const uint32 KEY4=1<<19”，其余不变）

const uint32 LEDS4= 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“const uint32 LED6=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。

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

int main (void)

{

Uint32 i;

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

}

return 0;

}

内容三

实验步骤

①启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择ARM Executable Image for lpc2131

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。

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Context Variable图标按钮（或者选择Processor Views->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System

Views->Debugger Internals 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"

const uint32 BEEP = 1 << 7; // P0.7 控制蜂鸣器

const uint32 KEY = 1 << 16; // P0.16 连接KEY1

const uint32 LEDS8 = 0xFF << 18; // P1[25:18]控制LED8~LED1，低电平点亮

void DelayNS(uint32 dly)

{ uint32 i;

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 */

const uint32 LED_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

};

int liushuideng(void)

{ uint8 i;

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);

}

}

return 0;

}

//主函数

int main(void)

{

uint32 i;

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}

return 0;

}

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.教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。