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ARM Cortex M3系列GPIO口介绍(工作方式探讨(3)

ARM Cortex M3系列GPIO口介绍(工作方式探讨(3)

2.4  GPIO端口引脚值寄存器FIOxPIN(FIO0PIN??FIO7PIN- 0x2009 C014??0x2009 C094)
该寄存器提供了端口引脚的值,可配置这些值来执行仅为数字的功能。该寄存器将给出引脚的当前逻辑值,而不管引脚是否配置为输入或输出,或作为 GPIO或作为其它可选的数字功能。
例如,特殊的端口引脚可能具有 GPIO输入、GPIO 输出、UART 接收和 PWM 输出等可选功能。无论该引脚配置成何种功能,都可以从相应的 FIOxPIN 寄存器中读出其当前的逻辑状态。 如果引脚配置为模拟功能,当选择了模拟配置时,引脚状态不能被读出。将引脚选择用作A/D输入会断开与引脚数字部分的连接。在这种情况下,从 FIOxPIN 寄存器中读出的引脚值无效。
写 FIOxPIN 寄存器时, FIOxPIN 寄存器的值会保存到端口输出寄存器,而无需使用 FIOxSET和 FIOxCLR寄存器来获得整个写入值。由于这种特性影响整个端口,因此在应用中时要小心。 通过 FIOxPIN 寄存器访问的端口引脚受到 FIOxMASK 寄存器相应位的限制。 只有在屏蔽寄存器中用0 屏蔽的引脚与高速 GPIO 端口引脚值寄存器的当前内容相互关联。

高速GPIO端口引脚值寄存器位描述

符号

描述

复位值

31:0(字长数据)

FP0VAL

FP1VAL

FP2VAL

FP3VAL

FP4VAL

0


1

控制的引脚输出设为低电平
控制的引脚输出设为高电平

0


2.5  高速GPIO端口屏蔽寄存器FIOxMASK (FIO0MASK??FIO7MASK - 0x2009 C010??0x2009 C090)
该寄存器用来屏蔽某些端口引脚,被屏蔽的引脚将无法通过 FIOxPIN、 FIOxSET 或 FIOxCLR寄存器写访问。当读FIOxPIN 寄存器时,屏蔽寄存器还将过滤相应端口的内容。
通过读或写访问,该寄存器中为“0”的位使能相应物理引脚的访问。如果该寄存器中的位为“1”,则相应位将不会通过写访问改变,并且读操作时将不会在更新的 FIOxPIN 寄存器中反映出来。

高速GPIO端口引脚值寄存器位描述

符号

描述

复位值

31:0(字长数据)

FP0VAL

FP1VAL

FP2VAL

FP3VAL

FP4VAL

0


1

控制的引脚输出设为低电平
控制的引脚输出设为高电平

0






对于常见的
ARM处理器,它们的GPIO口基本上可以配置为输入模式、输出模式、开漏或推挽模式,对于新唐的M0来说,所有I/O都处于准双端模式;对于NXPM3处理器来说,GPIO可以配置为上拉、下拉、开漏或者中继模式。

    开漏输出与推挽输出的区别:

推挽输出: 推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止。可以输出高,低电平,连接数字器件,正常的拉出/灌入电流为4mA,短时间极限值可以达到40mA,但不是每个引脚都能输出这么多

开漏输出:输出端相当于三极管的集电极。要得到高电平状态需要上拉电阻才行。适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20mA以内).

开漏电路概念中提到的“漏”就是指MOS FET的漏极。同理,开集电路中的“集”就是指三极管的集电极。开漏电路就是指以MOS FET的漏极为输出的电路。一般的用法是会在漏极外部的电路添加上拉电阻。完整的开漏电路应该由开漏器件和开漏上拉电阻组成。

组成开漏形式的电路有以下几个特点:
  1. 利用 外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时,驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up,MOSFET到GND。IC内部仅需很小的栅极驱动电流。如图1。
  2. 可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。形成 “与逻辑” 关系。如图,当PIN_A、PIN_B、PIN_C任意一个变低后,开漏线上的逻辑就为0了。这也是I2C,SMBus等总线判断总线占用状态的原理。
  3. 可以利用改变上拉电源的电压,改变传输电平。IC的逻辑电平由电源Vcc1决定,而输出高电平则由Vcc2决定。这样我们就可以用低电平逻辑控制输出高电平逻辑了。
  4. 开漏Pin不连接外部的上拉电阻,则只能输出低电平(因此对于经典的51单片机的P0口而言,要想做输入输出功能必须加外部上拉电阻,否则无法输出高电平逻辑)。


问题集锦

一、准双向IO结构的特点是
1 输出结构类似 OC门,输出低电平时,内部NMOS导通,驱动能力较强(800uA);输出高电平靠内部上拉电阻,驱动能力弱(60uA)。
2 永远有内部电阻上拉,高电平输出电流能力很弱,所以即使IO口长时间短路到地也不会损坏IO口
(同理,IO口低电平输出能力较强,作低电平输出时不能长时间短路到VCC)
3 作输入时,因为OC门有"线与"特性,必须把IO口设为高电平(所以按键多为共地接法)
4 作输出时,输出低电平可以推动LED(也是很弱的),输出高电平通常需要外接缓冲电路(所以LED多为共阳接法)
5 软件模拟 OC结构的总线反而比较方便-----例如 IIC总线
* OC门:三极管的叫集电极开路,场效应管的叫漏极开路,简称开漏输出。具备"线与"能力,有0得0。
* 为什么设计成输出时高电平弱,低电平强----是考虑了当年流行的TTL器件输入
二、IO不同模式的区别?
简单的说:
“准双向IO口”在读前必须先用写指令置"1",才能读入;写则无须此步.
“真正的双向IO口”可直接读写.
“三态IO口”有高,低电平,高阻状态,高阻本人理解:相当此脚与内部电路断开.

继承事业,薪火相传
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