微控制器外围功能的六部分系列之GPIO（通用输入/输出）

本文介绍了学习微控制器外围功能的六部分系列中的第一部分，该系列是 GPIO（通用输入/输出）。它讨论了重要的外围设备，即 GPIO，以及使用 GR-SAKURA 和编程提示对 GPIO 进行编程，以防止“颤动”或由开关移动引起的某种程度的快速振动。

CPU 和内存是大脑。外围设备是 Brawn。

MCU（微控制器）广泛用于控制所有类型的电子设备。正如我们在之前的“微控制器简介”系列中所解释的那样，MCU 由 CPU（中央处理单元）、存储器和实现各种外设支持功能的附加电路组成（见图 1）。CPU通过读取程序和以下指令进行操作：读取数据、进行计算和比较、根据比较结果生成其他操作等指令。内存的作用不仅是存储数据，还包括程序本身。

重要外设：GPIO 端口

GPIO（通用输入/输出）端口处理传入和传出的数字信号。作为输入端口，它可用于将从开关接收到的 ON/OFF 信号或从传感器接收到的数字读数与 CPU 进行通信。作为输出口，它可以根据CPU指令和计算结果驱动外部操作——例如，根据计算结果驱动LED显示屏，或者输出驱动信号给电机。

GPIO 被称为“通用”，因为每个引脚都可以自由设置为用作输入或输出。在早期的 MCU 中，每个端口要么专门输入，要么专门输出。然而，GPIO 是灵活的。如果它有 8 个引脚，您可以将它们设置为最适合您的需要：4 输入 4 输出，或 7 输入 1 输出，或任何其他组合。

请注意，当程序读取、写入和操作数字值（0 和 1）时，外部设备通常使用信号电平：低电压和高电压。GPIO 处理两个方向的必要转换。让我们看看 RX63N 的 GPIO 使用的基本寄存器 (*1)（见图 2）。

使用 GR-SAKURA 对 GPIO 进行编程

为了获得 GPIO 端口如何工作的一些实践知识，让我们编写一个程序，通过点亮 LED 来响应按下开关。我们将使用 Sakura 的“数字 I/O”库来方便我们的编程。

图 3 显示了根据开关值打开和关闭指定 LED（LED 0）的程序代码，其中 GPIO 端口用于获取开关设置和发送 LED 开/关信号。该程序以调用 pinMode 函数 (1) 的设置函数开始，该函数将连接到开关的引脚设置为输入模式，将连接到 LED 的引脚设置为输出模式。我们在这里使用设置函数，因为引脚模式设置必须只进行一次。

编程提示：防止“喋喋不休”引起的问题

开关通过完成（闭合）或阻断（打开）电路来工作：当开关闭合时电流流动，而当它打开时不流动。然而，由于开关是机械装置，因此不能依靠它以瞬时和干净的方式改变电路状态。相反，开关的移动总是会产生某种程度的快速振动，这会导致短暂的中间“颤动”阶段，在该阶段电路在稳定到正确状态之前快速循环打开和关闭。您可能想尝试运行以下程序（图 4）以更好地了解实际中的喋喋不休。

所需的操作是使 LED 在按下和松开开关时平稳地亮起和熄灭。但这会一直发生吗？如果在抖动过程中读取开关信号，结果是不可预测的。这就是我们在图 3 所示的程序中引入“颤动”延迟的原因。

编辑：hfy