嵌入式养成计划-52----ARM--开发板介绍--相关硬件基础内容介绍--GPIO讲解

一百三十一、开发板介绍

131.1 核心板介绍

131.2 拓展板

一百三十二、相关硬件基础内容介绍

132.1 PCB

PCB（ Printed Circuit Board），中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，
是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。
由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为"印刷"电路板。

132.2 电路板丝印

可以通过不同元器件的丝印标号在电路原理图中对应的硬件原理图

电路板丝印是用丝网bai印刷技术来制作印刷电路板。
丝印指得是丝印层，画pcb的时候是分层的，其中包含文字的那一层，用来标注元件或者添加其他信息，这一层叫丝印层。

通过丝网印刷方式将元件外形、序号以及其他说明性文字印制在元件面或焊锡面上，
以方便电路板生产过程的插件(包括表面封装元件的贴片)以及日后产品的维修操作。

不同的电路元件的丝印图：

Ux	:	常作为开发板上芯片的标号
Rx	:	电阻
Cx	:	电容
Dx	:	二极管
Qx	:	三极管

标准器件的丝印的编号：

U? --> 芯片  C? --> 电容   R? --> 电阻  L? --> 电感
D? --> 二极管  Q? --> 三极管 J? --> 接插件 CON? --> 接插件

非标准器件的丝印编号：器件的编号的名字可以自定义
```
FAN1 --> 风扇
LD1  --> LED1灯
KEY1 --> 按键1
```

网络标号

在原理图上，器件引脚上边红色的字，就是网络标号，
网络标号相同的两个引脚说明具有相同的电器连接属性，
即在PCB板上两个引脚通过导线进行连接。

网络标号(net label)是一个电气连接点，一般由字母或数字组成，
具有相同网络标号的电气连接线、管脚、及网络是连接在一起的

一百三十三、GPIO讲解

133.1 GPIO概念

GPIO，英文全称为General-Purpose IO ports，也就是通用IO口。
在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：
	控制某个LED灯亮与灭；或者通过获取某个管脚的电平属性来达到判断外围设备的状态。
	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。

133.2 LED灯电路原理图分析

133.2.1 在开发板上找到LED1的丝印

通过查看资源拓展板，发现LED1的丝印为LD1

133.2.2 根据LED1丝印找到LED1在拓展板上的原理图

这个LED1电路原理图种有一个3.3v的电源，右边接地,
在LED1发光二极管左边接了一个电阻，用于分压限流，保护电路，右边接到一个三极管的集电极，三级管的基极网络标号为LED1

133.2.3 根据网络标号找转接板电路原理图

133.2.4 分析核心板电路原理图

通过分析，发现led1接的三极管的基极最终连接在SOC（stm32mp157aaa）的PE10管脚。

133.3 LED1工作原理分析

133.3.1 LED1工作原理

根据电路原理图分析，想要让LED1亮，只需要有电流流经发光二极管即可，需要形成闭合回路，
即需要三极管的集电极和发射极导通，这里需要三极管基极控制。

133.3.2 三极管分析

三极管一般有两种应用场景：

cpp 复制代码

1.可以在电路里设计放大电路
2.可以充当开关
三极管分为NPN和PNP
NPN：
	当基极有一个高电平的输入时，集电极和发射极导通
	当基极有一个低电平的输入时，集电极和发射极截止
PNP：
	当基极有一个高电平的输入时，集电极和发射极截止
	当基极有一个低电平的输入时，集电极和发射极导通
    
	所以在LED1电路中，只需要三极管的基极有一个高电平的输入，
	集电极和发射极就能导通，电流就能够顺利流经发光二极管，发光二极管就能正常工作
	而三极管的基极接在SOC的PE10管脚，所以只要PE10管脚输出高电平,LED1就可以亮

133.4 软件编程控制硬件原理

133.4.1 SOC对于GPIO控制的工作框图

133.4.2 软件编程控制硬件的原理

在芯片的生产厂商生产出芯片之后，会在内存空间中固化一段内存，这段内存占用了0-4G的内存寻址空间，对于这段内存中有一段内存专门用于进行硬件外设的控制，想要让外设进行工作，只需要向外设对应的这片内存中写0或者写1即可。这段空间是是属于外设的特殊功能寄存器组织

软件编程控制硬件的思想：

通过编程操作特殊功能寄存器，向特殊功能寄存器中写入特定的数据，就可以间接控制外设进行工作

通用寄存器（R0-R15 CPSR）

1.存在于CPU内部
2.cpu想要读写数据，不需要寻址，只需要基于寄存器编号操作即可
3.由ARM公司设计

特殊功能寄存器：

1.存在于SOC内部（内存中）
2.操作这些寄存器需要使用内存读写指令，也需要这些内存的地址
3.特殊功能寄存器由芯片厂商来实现
4.特殊功能寄存器负责完成外设功能的实现

133.5 GPIO相关数据手册分析

133.5.1 GPIO章节

GPIO功能描述
GPIO输出功能框图分析

GPIO输出可以通过，两种模式实现
- 推挽输出
- 开漏输出+上拉/下拉电阻
mos管特性介绍
- 推挽输出
  由两个互补的mos管相互配合完成高低电平的输出，推挽输出既可以输出高电平，也可以输出低电平
- 开漏输出
  在输出框图种只有一个Nmos管起作用，所以只能输出低电平，想要输出高电平必须外接上拉电阻
  或者
  在输出框图种只有一个Pmos管起作用，所以只能输出高电平，想要输出低电平必须外接下拉电阻
GPIO相关寄存器介绍
- GPIOX_MODER寄存器
  GPIO模式选择寄存器，一组GPIO有16个管脚，这个寄存器两位管理一个管脚功能
- GPIOx_OTYPER
  用于设置GPIO的输出方式
- GPIOx_OSPEEDR
  用于设置GPIO端口的输出速度
- GPIOx_PUPDR
  设置上拉下拉电阻
- GPIOx_ODR
  GPIO数据输出寄存器
- GPIOx_BSRR
  管脚置位/复位寄存器
- GPIOX_BRR

GPIOE基地址的确定

GPIOE_MODER->0X50006000
GPIOE_OTYPER->0X50006004
GPIOE_OSPEEDR->0X50006008
GPIOE_PUPDR->0X5000600C
GPIOE_ODR->0X50006014