mbed 基礎教學實驗 – GPIO控制

mbed 基礎實驗 - GPIO控制

上一篇教學文章中,我們學會了如何操作 mbed LPC1768 這個板子上面的四顆 LED 燈號。今天這篇文章,則是要來教各位利用 LPC1768 上的 GPIO (General purpose input output, GPIO) 來做簡單的周邊控制。

開始之前

除了必備的 mbed LPC1768 之外,你還需要…

  • 麵包板一塊
  • LED 八顆
  • 按鈕開關八個

為什麼是八個呢? 因為一個位元組是由八個位員組成的關係,這樣可以順便呼應上一篇文章所提到的位移的內容。不過如果你懶的話,可以只使用一半,也就是四顆來作實驗就可以。

基礎實驗 – GPIO 控制

事實上,前一篇所講的 LED 控制就是一種 GPIO 的應用,只不過他是預先裝在板子上面的 LED 而不是自己外接的。而接下來所要講的,則是要自己動手接線路來實作的控制。

mbed LPC1768 的板子大小恰好可以插到麵包板上,並且留有左右各一排的位置可供接線使用,所以,用力把板子插到麵包板上,我們準備進行實驗囉!

LPC1768 GPIO 腳位

上面這是 LPC1768 的腳位圖,我們今天會用到藍色標籤的部分。

GPIO 單腳 LED 輸出

一開始我們先從最簡單的單腳控制來做,這邊我把 mbed LPC1768 的 p5 腳位給了一個名字 LED,然後只做一個很簡單的事情,閃爍。

GPIO 多腳 LED 輸出 – DigitalOut

p5 ~ p8 分別被命名為 LED1 ~ LED4,這是模仿上一篇文章的程式內容,動作模式也是閃爍,只不過這次是四顆 LED 閃爍。

GPIO 多腳 LED 輸出 – BusOut

有一位新角色在這裡初登場,先前我們都是使用 DigitalOut 來做輸出腳位與名稱的指定,但當你要指定的同時輸出腳位有 4 個以上時,這就會是一個非常煩人的事情。還好,mbed 有提供一個 BusOut 的物件可以解決這個問題。它除了可以讓你不用一直複製貼上外,還能快速指定輸出的內容,就像範例程式呈現的那樣。

還記得上一篇文章對於 port 的解釋時的表格嗎? 在這裡也可以用同樣的方式去看。

LEDs LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8
對應腳位 p5 p6 p7 p8 p9 p10 p11 p12

如果你想看更細節的 BusOut 動作,可以用下面這個範例程式。

GPIO 按鍵輸入 – DigitalIn

講完了輸出後,接下來我們即將進入輸入的部份。

這裡出現了一位新的角色 DigitalIn ,他主要是將某一個腳位設成輸入腳位,這樣就能夠讓 mbed LPC1768 接收到外來的訊號,而不只是在內部自嗨。

在這個範例程式中,我們指定 p21 腳位為一個輸入腳,然後接上一個按鈕,這個按鈕只需要一端接上正電,另一端接到 LPC1768 的 p21 腳位即可。

當你按下按鈕時 LPC1768 上的 LED1 燈號會亮起,再點下一次便會熄滅,嘿!你的 LPC1768 可以接收到來自外界的訊號啦!

GPIO 按鍵輸入 – BusIn

既然有 BusOut 當然會有 BusIn 囉。

這個程式是一個 BusIn 對應到 BusOut 的實驗,當你接好線路並按下按鈕時,就會看到相對應位置的 LED 亮起,對應關係可以透過下面的表格來對照。

按鍵 p21 p22 p23 p24 p25 p26 p27 p28
LED p5 p6 p7 p8 p9 p10 p11 p12

這個範例程式與對應關係的實驗應該可以讓你對 BusInBusOut 有更初步的了解。

InOut 合一

上述的所有範例都只是單方向的輸出或輸入,但 mbed 的能力不止如此。他還提供了兩個很有趣的物件,分別是 DigitalInOutBusInOut。從字面上的意思可以很快的了解到,這是一個將輸出入合併在同一個或多個宣告的腳位上。

也就是說,特定的腳位在某些時候,你可以將他設為輸出,而在某些時候,你可以將他設為輸入,很有趣對吧? 接下來讓我們來看看範例程式。

這邊直接看影片會比較清楚。

在影片中前半段的小問題是因為我程式中的 1 秒延遲造成的,後面你就會看到我按下按鍵時,LPC1768 上的 LED1 燈號會亮起,然後 1 秒後滅掉,接著是按鈕上方的 LED 亮起、滅掉,之後就重複一樣的動作。在這裡的按鈕與 p5 腳位式接在一起的,你可以從畫面中看到,只有一條線接到按 LPC1768 上。

至於每次我按按鈕時 LED 都會亮起一次,那是電路接線上的關係。因為我的按鈕是接在按下時通正電的狀態,而 LED 則是有正電進入時會亮起。

BusInOut 的動作原理差不多,只差在他是一次可以接收或輸出好幾個這樣。

總結

GPIO 控制是嵌入式系統開發中非常重要的一個部份,透過 GPIO 控制,嵌入式系統才能與我們人類作更多互動,例如本次範例使用的按鍵以及 LED 顯示。當然 GPIO 並不只侷限在於按鍵的輸入與 LED 的顯示,他還可以讓你控制諸如馬達、電燈、繼電器…等等需要開關的東西,也能夠接收來自不同訊號模組的資料,並透過嵌入式系統處理器處理後,再透過 GPIO 本身做你所想要的動作。

簡單來說 GPIO 是嵌入式系統核心晶片接收與傳遞他本身以外的訊息的一個方式,就如我們人類的神經系統那樣。

回到 mbed , mbed 最有趣的地方是他的 GPIO 設定並不會非常死板,你可以很自由的把某幾隻接腳透過 BusIn/BusOut 群組起來操作,你也可以透過 InOut 合一的物件,對同一個 I/O 腳位做輸出入的控制,很酷對吧?

其實關於 GPIO 還有更多的操作與使用方式,不過這屬於比較進階的操作,在本系列文章中就不去加以介紹。如果你有興趣,可以到官方網站上查看更多資料。

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