mbed 基礎教學實驗 – LED控制

LED 實驗可以說是嵌入式系統設計課程中的「Hello, world!」，所以不免俗地，我們還是要用 mbed 控制 LED 來 say hello 啦！

開始之前

作為本站 mbed 系列教學文章的第一篇，要先跟大家說說這系列文章所採用的實驗環境與硬體，當然，大部份都是可以被其他設備取代的，只是會有些微的不同。

實驗板

這系列文章主要使用 LPC1768 這一個板子，考量的原因有：

• 輕巧
• 穩定
• 可以直接插在麵包板上
• 我手上現有

但這塊板子比較貴，要價將近 2000 台幣，且 I/O 較少，所以你可以選用另一片較低價的 ST Nucleo STM32F401 這個實驗板。它的體積較大，不過 I/O 眾多，且便宜（約 600 台幣）。

當然還有更多的實驗版可以選擇，我只是因為我手上只有這兩片，所以推薦這兩片給各位參考參考。

而關於這兩片板子的內容可以參考先前的文章：ARM mbed 開發 ARM Cortex-M 系列的利器!

操作環境

我在寫這系列文章時所採用的作業環境主要是 MacBook Air ，其他系統的操作方式大同小異，最主要原因是因為他的編譯器採用線上編譯器的關係，因此你只需要準備：

• 可以使用瀏覽器的電腦
• 可以連上網路的電腦
• 至少一個 USB 連接埠
• 支援 mbed 的實驗板

準備好基本設備後，你還需要持續開著 Single.9 這系列的教學文章，然後，接下來我們就可以開始了。

mbed 基本使用方式

這部分我想一樣參考ARM mbed 開發 ARM Cortex-M 系列的利器!這篇文章就可以略知一二了，所以在這我就不花太多時間解釋與描述。

但那篇文章缺少了一個很重要的事情，那就是註冊。

註冊 mbed 帳號

你買回來的 mbed 板子裡面其實有一個 .HTML 的檔案，當你雙點這個檔案後，會進入到 mbed 的登入畫面，若你有帳號的話，請在左邊輸入完資料後就可以登入到 mbed 的雲端編譯器，並將 LPC1768 設為你目前所使用的板子。

若沒有帳號，請點選右側的 SIGNUP 進行註冊。

這邊也選右側的 No, I haven’t created an account before.

填寫好資料，並到信箱收取驗證信啟用之後，你的雲端 compiler 就可以使用啦！

OK，看到這，我相信你應該躍躍欲試了吧？什麼？沒有？好吧，那你可以左轉出去了，這篇文章可能不大適合你…XD

無論如何，我想要藉由一些基本的實驗與控制，讓你可以逐步了解 mbed 所帶來的威力，並且掌握 LPC1768 這個實驗板的應用。

基礎實驗 – LED 控制

LPC1768 上有四顆可以讓使用者自定義的 LED ，今天我們的實驗非常簡單，就是想辦法讓這四顆 LED 亮起來，並且讓它各種閃爍或跑起來～

LED 閃爍

不想說太多，我們先上第一部份的程式碼

#include "mbed.h"
DigitalOut myled0(LED1);
DigitalOut myled1(LED2);
DigitalOut myled2(LED3);
DigitalOut myled3(LED4);
int main() 
{
    while(1)    
    {
        myled0 = 1;
        myled1 = 1;
        myled2 = 1;
        myled3 = 1;
        wait(0.1);
        myled0 = 0;
        myled1 = 0;
        myled2 = 0;
        myled3 = 0;
        wait(0.1);
    }
}

這一個範例程式很簡單的就只是讓 4 個 LED 亮起與滅掉而已，接下來講講它的運作方式。

mbed 是用 C++ 作為它的開發語言，所以在這邊不叫函式(function)而是方法(method)，而既然是方法，就有使用的方式，而這邊目前用到的方法則是下面這幾個。

首先，你會看到開頭不久宣告的DigitalOut這個物件，它是用來控制各個被你所指定的 I/O 腳的物件，使用方式：

// 格式
DigitalOut oo_name(pin_name);
// 範例
DigitalOut myled0(LED1);

以範例來說，這樣你就為被定義為 LED1 的腳位命名成 myled0，並且將腳位設定為輸出腳。這樣的語法設計雖然在程式開始時會比較繁瑣，但因為 ARM 原始語法的設定非常繁雜，不能像是在寫 8051 那樣直接用 define 的方式去定義，所以這已經是簡化非常多的版本了。

再來是wait(0.1)這個小小的方法，其實相等於你常見到的delay(0.1)，他語法的設計是這樣的：

// 浮點數：秒
wait(fload s)
// 整數：毫秒
wait(int ms)    

所以在這個範例中，是等待 0.1 秒，也就是 100 毫秒的意思。

執行結果

跑馬燈

常見的另外一種 LED 控制，這個執行結果就是，你會看到燈號一直在往特定方向延伸。

#include "mbed.h"
DigitalOut myled0(LED1);
DigitalOut myled1(LED2);
DigitalOut myled2(LED3);
DigitalOut myled3(LED4);
void port4bit_LED(char portin)
{
    myled0 = portin;
    myled1 = portin>>1;
    myled2 = portin>>2;
    myled3 = portin>>3;
}
int main() 
{
    int count = 0, port = 0;

    while(1)    
    {
        port = 0x01;
        for(count = 0;count < 4;count++)
        {
            port4bit_LED(port);
            port <<= 1;
            wait(0.1);
        }  
    }
}

DigitalOut 的部份就不多說了，在這邊我們新增了一個 port4bit_LED() 函式，主要用來決定哪一個 LED 該亮起來。

這不份的講解稍為複雜一些，先從位移(shift)這個概念說起。

在 mbed 的 C 語言中 port <<= 1 表示的是 port = port << 1 的縮寫。

意思是說，將 port 這個變數的內容像左移 1 位，也就是乘 2 的意思，不過在這裡是乘 2 加 1，也就是會自動補 1 進來的意思，整個運作方式如圖解一樣(圖片中的移位其實是位移)。

這是 port 這變數在 while(1) 迴圈中所做的事情，而執行完四遍後，port 會再從 0x01 開始。而 port 這變數在這裡是做為資料傳遞的角色，從最低位元(LSB)到第三個位元分別對應到:

變數資料位元	7	6	5	4	3	2	1	0
對應LED	–	–	–	–	LED 4	LED 3	LED 2	LED 1

接下來再來講講 port4bit_LED() 函式在幹些什麼事情。

因為嵌入式系統中的單一腳位控制有個有趣的特性，就是他只讀取一長串位元中的最低位元(LSB)，所以我們只要把這串燈號顯示資料對應到相對的 LED 上就可以很快的顯示出我們要的結果。在這裡，我們也採用與剛剛相同的位移方式來達成目標。只不過這次是向右分別移1、2、3個位元，這樣就能達到操作對應位元上的 LED 了！

執行結果

P.S. 本系列文章每週一出文，偶爾會休刊，但(應該)不會富奸