数字电路基础知识—— IO外设之GPIO介绍

2024-06-11 12:21:52

数字电路基础知识—— IO外设之GPIO介绍

一、GPIO 原理

GPIO，英文全称为 General-Purpose IO ports，也就是 通用IO口。嵌入式系统中常常有数量众多，但是结构却比较简单的外部设备/电路，对这些设备/电路有的需要CPU为之提供控制手段，有的则需要被CPU用作输入信号。而且，许多这样的设备/电路只要求一位，即只要有开/关两种状态就够了，比如灯亮与灭。对这些设备/电路的控制，使用传统的串行口或并行口都不合适。所以在微控制器芯片上一般都会提供一个“通用可编程IO接口”，即GPIO。

接口至少有两个寄存器，即 “通用IO控制寄存器” 与 “通用IO数据寄存器”。一个是做控制的通用IO端口控制寄存器，另外一个是存放数据的通用IO端口数据寄存器。

即数据寄存器的各位都直接引到芯片外部，与GPIO引脚一一对应，而对这种寄存器中每一位的作用，即每一位的信号传递方向，则可以通过控制寄存器中对应位独立的加以设置。这样，有无GPIO接口也就成为微控制器区别于微处理器的一个特征。

二、GPIO相关的寄存器

1）GPxCON寄存器

它用于配置引脚的功能，GPACON中每一位对应一根引脚

当某位为0时，对应引脚为输出，此时在GPADAT中相应位写入0或1，让此引脚输出低电平或高电平；当某位被设为1时，对应引脚为地址线或用于地址控制，此时GPADAT保留不用。

2）GPxDAT寄存器

GPxDAT用于存储引脚值（读和写）。当引脚被设为输入时，读此寄存器得到对应引脚的电平状态是高还是低；当引脚被设为输出时，写此寄存器相应位可令此引脚输出高低电平。

三、zynq GPIO 结构

对于ZYNQ XC7z020 GPIO结构图来说，bank0，bank1分别为32、22共54 个引脚。通过MIO连接到PS上，每个引脚通过寄存器设置来确定该引脚的输入输出或者中断状态。这54个引脚不需要通过硬件配置即可直接编程使用。

bank2,bank3 通过EMIO接口讲cpu的gpio连接到PL部分，共64个引脚。可以在PL部分进行逻辑设计，进行特定功能的GPIO设置。然后在PS部分，控制编程。但是使用EMIO引脚必须通过硬件哦欸之，才能在SDK中进行编程控制。

上半部分用于GPIO中断控制的寄存器，下半部分即为GPIO查询方式读写相关的寄存器。
有 DATA_RO、MASK_DATA_LSW、MASK_DATA_MSW、DIRM、OEM寄存器。

例：用C语言查询方式来实现GPIO的方法

通过查询方式，如果开发板上MIO_PIN_13为高电平，点亮LD9，否则，熄灭LD9。

真个c程序控制GPIO的流程图如上。

使用ARM 来控制GPIO驱动，进而控制LED的工程会在下面的博客中介绍，详细的介绍了如何通过C语言程序初始化GPIO并控制PL部分的逻辑设计。
https://blog.csdn.net/vivid117/article/details/99678303

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