体验活用了GPIO的程序 - 单片机必须了解的外设功能——GPIO/串行通信

　　通过GR-SAKURA来体验活用了GPIO的程序！

　　本期我们将通过“按下开关时LED会发光”这个程序来学习GPIO的运行。我们将利用GR-SAKURA专用的程序库进行编程。（樱花程序库的“数字I/O”）（仅英文版）

　　在樱花程序库（SAKURA Library）的“数字I/O”中，电路板上的I/O专用引脚究竟是用作输入还是用作输出最初由pinMode（引脚号、模式）函数来指定。一旦指定后，只要引脚的用法没发生变化就无需执行pinMode函数。

　　用作输入时，通过digitalRead函数来指定引脚号，结果将被作为HIGH电平或LOW电平信号被返送回。用作输出时通过digitalWrite函数来指定引脚号。值还是HIGH电平或LOW电平，HIGH电平相当于1，LOW电平相当于0，所以也可将之记述为0或1。

　　由于这次使用的是GR-SAKURA电路板上的开关和LED，所以即使不知道与其相连的引脚号和端口号，如为开关，只需在程序中写入“PIN_SW”，如为LED，只需在程序中写入“PIN_LED0”?“PIN_LED3”，樱花程序库（SAKURA Library）就会进行处理。

　　图3所示的是使用GPIO时，通过LED的闪烁来反映开关的值的程序例。首先通过pinMode函数来指定与开关相连的引脚作为输入引脚，将与LED连接的引脚作为输出引脚（①）。只需在开始时定义一次就够了，之后将在setup函数中进行处理。

　　接下来，“只要按下开关LED就点亮，不按开关LED就熄灭”的部分在loop函数中进行处理。开关是否被按下要根据digitalRead（PIN_SW）返回的值来判断。所以GR-SAKURA的开关在什么都不做（松开）的状态下为HIGH电平（通过上拉电阻连接电源），被按下时为LOW电平（连接GND）。

　　如果digitalRead（PIN_SW）返回的值为LOW电平时＝开关被按下（②）、LED将被点亮。D1的LED为digitalWrite（PIN_LED0， HIGH）时将被点亮（③）。

　　如果判断为开关没被按下时，当是digitalWrite（PIN_LED0， LOW）时（④），GPIO的输出为LOW电平，LED熄灭。

　　图3：程序例

　　请试着使用GR-SAKURA的Web编译器来执行图4所示的程序。Web编译器的使用方法请参考嵌入系统入门系列的“第一次挑战制作！

　　程序的提示 通过“振荡”来防止误操作

　　开关是用来接通（开关有时显示为“关”）和切断（开关有时显示为“开”）电路的，即开和关。在开关等装置机械地进行开和关的操作时，任何一种状态都不可能在一瞬间完成。装置会发生非常快速的振动，并非常精细地在开和关之间反复动作后才会转变为新的状态。这种现象被称为“振荡”。为了让大家更容易理解“振荡”的现象，我们制作了一个简单易懂的体验程序（图4）。请大家也试着体验一下吧。

　　图4：振荡体验程序

　　试着通过控制开关反复点亮、熄灭LED来执行所期望的动作，怎么样？是不是有时如你所愿，有时又适得其反？产生这种现象的原因就是因为振荡。如果将振动过程中的状态作为开关的信号读取出来，将得不到正确的结果。因此，需用防振荡程序来解决。

　　在图3的程序中，检测到开关最初被按下后先停止50微妙（0.05秒）后再进行处理（图3中的⑤）。如果不停止，在检测到开关被按下时虽然LED也会亮灯，但接下来确认开关的状态时，由于振荡的原因，有可能会认为是“开关处于松开的状态”（因为输入暂时还没返回到HIGH）而导致LED熄灭。因此，如上所述，我们通过在开关的状态稳定之前停止处理（50微妙）的方式来解决这个问题。
　　

　　我们一起学习了GPIO的结构和使用方法。如果将程序中的PIN_LED0的部分换成别的LED号（仅在选0?3时有效），将可以变换闪烁的LED。另外，如果改写判断部分的程序，也可以进行诸如“按两次则LED亮灯，接下来再按1次时熄灭”等复杂的处理。这次的体验程序只使用了GR-SAKURA上的输入/输出设备，但也可将带有数字输出功能的外部传感器连接到GR-SAKURA的I/O端子上，也可以连接LED以外的设备（如电子蜂鸣器）。