面试官:“听说过GPIO么?”
工程师:“听说过,经常用。”
“GPIO是什么?“”
“。。。。。。GPIO就是GPIO啊。。。”
“GPIO有什么用?”
“。。。。。。不知道。。。”
“好了,你可以回去了。”
GPIO是什么?
总结:GPIO就是芯片上的一根干啥都行的引脚。
讲了这么多,相信不懂的人还是一头雾水,咱们对着案例看看GPIO怎么用至于上拉、下拉、悬空、高阻、开漏、推挽之类的概念,可以以后再慢慢琢磨。
输出控制信号
GPIO用来做开关控制,是最常见的应用场景。
GPIO口是怎么被控制的呢?通过软件代码。需要亮灯的时候调用GPIO口拉高的函数,需要熄灯的时候调用GPIO拉低的函数,即可实现控制。函数的操作,最终变成了向这个GPIO的硬件寄存器写入数据,硬件的状态会跟随寄存器的数据改变而改变。
硬件寄存器在这里可以理解为一个电子开关,好比你告诉家里的保姆说“去吧客厅的灯关上”,他就走过去按动灯的开关,然后灯就灭了。你下的这个指令的动作相当于调用了GPIO操作的函数,保姆去按开关这个动作相当于函数配置寄存器。
输入中断信号
设备不动的时候,G-sensor和MCU都是休眠状态以节省电量。
然后MCU就通过I2C数据接口读取G-sensor里的数据。
同样,如果你正在看电影,突然手机铃声响了,一看是女朋友来电话了,就要把电影暂停,保留电影当前的播放位置,然后去接女朋友的电话。接完了电话,再继续从之前的播放位置开始播放。
可能有人会说,为什么多此一举,G-sensor不能直接把数据发送给MCU么?这是因为I2C只能由主设备主动发起数据传输的请求,从设备是不能主动发送数据的(只能任由主设备过来读取数据)。关于I2C协议的内容,请见相关文章。
用GPIO做中断,还需要特别特别注意一条:如果选择这个中断口来唤醒系统,那一定要对照芯片规格书看清楚,选择的中断口能不能唤醒系统?
于大部分
单片机,几乎每一个中断口都可以唤醒系统,但对于高主频的处理器,如手机和平板电脑的,并不是所有的GPIO都可以配置成中断,也不是所有的中断都能唤醒系统。
如果选择了一个不能唤醒系统的中断口做上述示例,一旦MCU进入休眠,外设就失效了。
用作按键输入
GPIO做按键检测
等到按键释放了,GPIO口检测到电压回归低电平,就判定为按键松开了。这种做法是单片机上比较常见的做法。在智能一些的硬件平台上,往往会有独立的硬件按键接口(非GPIO口),在芯片内部加入按键控制器,通过硬件实现按键的去抖、双击和长按判断。
图上的电容,用处是滤除外部干扰,避免被误触发,同时起到一定的按键去抖作用。图上的TVS管,是为了防止静电进入CPU。
因为按键都是机械式的,两个金属片在接触的瞬间,从微秒级的时间段来看,会存在接触-断开-再接触这样的轻微的抖动。直到两个金属片牢牢的接触到一起之后,抖动才会消失。所谓按键去抖动,就是通过延时来消除掉接触再断开这种异常状态的。
如果GPIO口不够,但是需要做多个按键的检测,也可以把按键配置成为ADC,通过不同按键产生不同的电压,来利用一个ADC口检测到不同的键值。这个做法通常用于手机3.5mm有线耳机上的3个按键的检测。
GPIO的高阶应用
平时大家用的G-sensor传感器、光距离传感器、电容触摸屏、LED灯控制器、摄像头的控制命令等,几乎都是I2C接口的。
如果芯片内部的I2C接口不够用,还可以通过软件控制GPIO口拉高拉低来模拟I2C的波形和时序,照样可以当作I2C使用。
PWM输出
GPIO口输出PWM波,跟当作I2C使用的性质上是一样的。控制GPIO口 定时拉高拉低,就可以输出PWM波形。
ADC采样
电池分压后给ADC采样
如上图,把GPIO口配置成为ADC模式,采集电池电压,用于做电池电量显示。这个做法只适合做简单的电池电压显示,如果要做类似智能手机的百分之一精度的电池电量管理,还需要外加更高精度的ADC和电池补偿算法。
GPIO做ADC,最常遇到的问题是:
一,不是所有的GPIO口可以做ADC使用,一定要看清楚规格书!
二,ADC有电压域限制的,3V供电的ADC测量不到超过3V的电压。例如上面第一张图,MCU用3V电池供电,此时GPIO/ADC的供电电压是3V,最大量程也是3V,可以测量到电池电压。而第二张图锂离子电池电压是4.2V,MCU供电是3V,GPIO/ADC工作电压也是3V,就量不到这么高的电压了。超出量程测量出来的都是一样的。因此利用电阻分压,把4.2V的电池电压折半降低到2.1V,给3V量程的ADC使用。
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