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GPIO输入

12.1. 硬件设计

按键机械触点断开、闭合时,由于触点的弹性作用,按键开关不会马上稳定接通或一下子断开,使用按键时会产生图 12‑1中的带波纹信号,需要用软件消抖处理滤波,不方便输入检测。不过RT1052的GPIO引脚带有施密特触发器功能,使用该功能可以对信号实现消抖处理,见图 12‑2和图 12‑3,从而简化了软件的工作,软件只需要直接检测引脚的电平即可。
图 12‑1 按键抖动说明图
图 12‑2施密特触发器的转换特性
图 12‑3 在CMOS模式和滞后模式(施密特触发器)下的接收器输出在核心板中包含了3个按键,其原理图见图 12‑4。
  1. POR_BUTTON
    复位按键。该按键连接至RT1052的POR_B引脚,当该引脚为低电平时会引起RT1052芯片的复位(复位的基本现象是程序从头开始运行)。从按键的原理图可知,该按键在没有被按下的时候,引脚状态为高电平,当按键按下时,引脚状态为低电平(按键所在的电路导通,引脚接到地)。所以,平时POR_B引脚保持高电平,芯片正常运行,按下按键时产生复位。

  2. USER_BUTTON
    这个引脚具有GPIO的功能,即我们可以把它设置成GPIO的输入模式,然后检测引脚的输入电平,即可判断按键是否被按下。

  3. on/off按键。on/off按键最为特殊

    ONOFF 信号是 RT 的输入。 在参考手册的第 13.5 节中,当我们提到以下内容时: SNVS_LP 内部的 ONOFF 逻辑允许直接连接到 PMIC 或其他稳压器设备。 这意味着您可以将来自 PMIC 的信号直接连接到 ONOFF 引脚,以在电源电压消失或降至特定水平以下时关闭 RT。当您使用 ONOFF 按钮关闭 RT 时,与您通过软件将其发送到 SNVS 模式效果相同。

图 12‑4核心板上的按键原理,若你使用的实验板按键的连接方式或引脚不一样,只需根据我们的工程修改引脚即可,程序的控制原理相同。

12.2. 软件设计

同LED的工程,为了使工程更加有条理,我们把按键相关的代码独立分开存储,方便以后移植。在“工程模板”之上新建“bsp_key.c”及“bsp_key.h”文件,这些文件也可根据您的喜好命名,这些文件不属于RT1052标准库的内容,是由我们自己根据应用需要编写的。

12.2.1. 编程要点

  1. 定义按键的相关引脚;

  2. 配置引脚的MUX复用模式及PAD属性配置;

  3. 初始化GPIO目标引脚为输入模式;

  4. 编写简单测试程序,检测按键的状态,实现按键控制LED灯。

12.2.2. 代码分析

12.2.2.1. 按键引脚宏定义

同样,在编写按键驱动时,也要考虑更改硬件环境的情况。我们把按键检测引脚相关的宏定义到 “bsp_key.h”文件中,具体见代码清单 12‑1。
代码清单 12‑1 按键检测引脚相关的宏(bsp_key.h文件)
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//WAUP按键
#define CORE_BOARD_WAUP_KEY_GPIO        GPIO5
#define CORE_BOARD_WAUP_KEY_GPIO_PIN    (0U)
#define CORE_BOARD_WAUP_KEY_IOMUXC      IOMUXC_SNVS_WAKEUP_GPIO5_IO00
#define CORE_BOARD_WAUP_KEY_NAME        "CORE_BORE_WAUP_KEY"

//MODE按键
#define CORE_BOARD_MODE_KEY_GPIO        GPIO1
#define CORE_BOARD_MODE_KEY_GPIO_PIN    (5U)
#define CORE_BOARD_MODE_KEY_IOMUXC      IOMUXC_GPIO_AD_B0_05_GPIO1_IO05
#define CORE_BOARD_MODE_KEY_NAME        "CORE_BORE_MODE_KEY"

#define KEY_ON      0   //低电平表示按下按键
#define KEY_OFF     1
以上代码根据按键的硬件连接,把检测按键输入的GPIO端口、引脚号以及IOMUXC复用配置封装起来了。其中CORE_BOARD_xxx_NAME宏定义的是字符串,用来表示按键的名字,方便调试时通过串口输出;KEY_ON和KEY_OFF则分别代表按键按下和释放时引脚的电平。

12.2.2.2. 按键 GPIO初始化驱动

利用上面的宏,编写按键的初始化驱动,这部分内容我们编写到bsp_key.c文件中,具体见代码清单 12‑2。
代码清单 12‑2 按键GPIO初始化函数(bsp_key.c文件)
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/*************************第1部分**************************/
#include "fsl_iomuxc.h"
#include "fsl_gpio.h"

#include "pad_config.h"
#include "./key/bsp_key.h"

/*************************第2部分**************************/
/* 所有引脚均使用同样的PAD配置 */
#define KEY_PAD_CONFIG_DATA            (SRE_0_SLOW_SLEW_RATE|                                        DSE_0_OUTPUT_DRIVER_DISABLED|                                        SPEED_2_MEDIUM_100MHz|                                        ODE_0_OPEN_DRAIN_DISABLED|                                        PKE_1_PULL_KEEPER_ENABLED|                                        PUE_1_PULL_SELECTED|                                        PUS_3_22K_OHM_PULL_UP|                                        HYS_1_HYSTERESIS_ENABLED)
/* 配置说明 : */
/* 转换速率: 转换速率慢
   驱动强度: 关闭
   速度配置 : medium(100MHz)
   开漏配置: 关闭
   拉/保持器配置: 使能
   拉/保持器选择: 上下拉
   上拉/下拉选择: 22K欧姆上拉
   滞回器配置: 开启 (仅输入时有效,施密特触发器,使能后可以过滤输入噪声)*/

/*************************第3部分**************************/
/**
* @brief  初始化按键相关IOMUXC的MUX复用配置
* @param  无
* @retval 无
*/
static void Key_IOMUXC_MUX_Config(void)
{
   /* 设置按键引脚的复用模式为GPIO,不使用SION功能 */
   IOMUXC_SetPinMux(CORE_BOARD_WAUP_KEY_IOMUXC, 0U);
   IOMUXC_SetPinMux(CORE_BOARD_MODE_KEY_IOMUXC, 0U);
}

/*************************第4部分**************************/
/**
* @brief  初始化按键相关IOMUXC的MUX复用配置
* @param  无
* @retval 无
*/
static void Key_IOMUXC_PAD_Config(void)
{
   /* 设置按键引脚属性功能 */
   IOMUXC_SetPinConfig(CORE_BOARD_WAUP_KEY_IOMUXC, KEY_PAD_CONFIG_DATA);
   IOMUXC_SetPinConfig(CORE_BOARD_MODE_KEY_IOMUXC, KEY_PAD_CONFIG_DATA);
}

/*************************第5部分**************************/
/**
* @brief  初始化按键相关的GPIO模式
* @param  无
* @retval 无
*/
static void Key_GPIO_Mode_Config(void)
{
   /* 定义gpio初始化配置结构体 */
   gpio_pin_config_t key_config;

   /** 核心板的按键,GPIO配置 **/
   key_config.direction = kGPIO_DigitalInput; //输入模式
   key_config.outputLogic =  1;                //默认高电平(输入模式时无效)
   key_config.interruptMode = kGPIO_NoIntmode; //不使用中断

   /* 初始化按键 GPIO. */
GPIO_PinInit(CORE_BOARD_WAUP_KEY_GPIO, CORE_BOARD_WAUP_KEY_GPIO_PIN, &key_config);
GPIO_PinInit(CORE_BOARD_MODE_KEY_GPIO, CORE_BOARD_MODE_KEY_GPIO_PIN, &key_config);
}

/*************************第5部分**************************/
/**
* @brief  初始化控制KEY的IO
* @param  无
* @retval 无
*/
void Key_GPIO_Config(void)
{
   /* 初始化GPIO复用、属性、模式 */
   Key_IOMUXC_MUX_Config();
   Key_IOMUXC_PAD_Config();
   Key_GPIO_Mode_Config();
}
同是用于GPIO功能的驱动,其初始化的流程与《11.2.2 3LED GPIO初始化驱动》章节中的类似,主要区别是引脚的PAD属性及GPIO的方向。驱动的各个部分介绍如下:
  1. 第1部分。包含库文件fsl_iomuxc.h及fsl_gpio.h,以便对IOMUXC及GPIO外设进行控制;包含pad_config.h及bsp_key.h以便配置PAD属性及使用前面定义的按键硬件信息相关的宏。

  2. 第2部分。定义宏KEY_PAD_CONFIG_DATA,它包含了按键使用的PAD属性配置,它与LED灯例程中最大的区别如下:

  • 因为引脚要用于输入模式,所以关闭了输出驱动强度的控制。

  • 期望引脚在按键没按下的时候有更加稳定的输入,所以设置了22K欧姆的上拉。

  • 按键的输入信号存在抖动,所以使能了施密特触发器进行滤波。

  1. 第3部分。使用库函数IOMUXC_SetPinMux配置两个按键引脚的MUX复用选择为GPIO,本例子中也没有开启SION功能。此处大家可能会有疑惑,在LED灯例程中引脚配置为输出模式不需要开启SION,本例子按键引脚配置为输入模式也不需要开启SION,那这功能究竟是什么时候才必需的呢?在后面的《第15章LPI2C—读写EEPROM第21章 》会学习到I2C作为通讯总线它同时具有输入和输出的功能,这就是SION应用的领域。也就是说当引脚被配置成开漏模式的同时需要读取引脚的电平信号,那么必须开启SION。

  2. 第4部分。使用库函数IOMUXC_SetPinConfig配置两个按键引脚的PAD属性,PAD属性具体参考第2部分的内容。

  3. 第5部分。定义Key_GPIO_Mode_Config函数,其函数内部先是向GPIO初始化结构体赋值,把引脚初始化成输入模式以及不使用中断,其中的outputLogic成员赋值为1或0是不会影响引脚的默认电平的,这个成员的配置仅在引脚用于输出模式时有效。最后利用库函数GPIO_PinInit把该参数配置写入到两个按键对应的GPIO引脚中。

  4. 第6部分。把前面定义的Key_IOMUXC_MUX_Config、Key_IOMUXC_PAD_Config以及Key_GPIO_Mode_Config函数封装到Key_GPIO_Config中,以便其它应用直接调用它初始化按键。

12.2.2.3. 检测按键的状态

初始化按键后,就可以通过检测对应引脚的电平来判断按键状态了,具体见代码清单 12‑3。
代码清单 12‑3 检测按键的状态(bsp_key.c文件)
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/**
   * @brief   检测是否有按键按下
   * @note   本函数在按键按下时会阻塞,直至释放
   * @param  base:具体的端口
   * @param  pin:具体的引脚号
   * @retval  按键的状态
   *   @arg KEY_ON:按键按下
   *   @arg KEY_OFF:按键没按下
   */
uint8_t Key_Scan(GPIO_Type* base, uint32_t pin)
{
   /*检测是否有按键按下 */
   if (KEY_ON == GPIO_PinRead(base, pin)) {
         /*等待按键释放 */
         while (KEY_ON == GPIO_PinRead(base, pin));
         return  KEY_ON;
   } else
         return KEY_OFF;
}
在这里我们定义了一个Key_Scan函数用于扫描按键状态。GPIO引脚的输入电平可通过读取数据寄存器DR对应的位来感知,而RT1052标准库提供了库函数GPIO_PinRead来获取位状态,该函数以GPIO端口及引脚号作为输入参数,返回该引脚的电平状态,高电平返回1,低电平返回0。Key_Scan函数中以GPIO_PinRead的返回值与自定义的宏“KEY_ON”对比,若检测到按键按下,则使用while循环持续检测按键状态,直到按键释放,按键释放后Key_Scan函数返回一个“KEY_ON”值;若没有检测到按键按下,则函数直接返回“KEY_OFF”。若按键的GPIO不具有施密特触发器功能或硬件没有做消抖处理,需要在这个Key_Scan函数中做软件滤波,防止波纹抖动引起误触发。

12.2.2.4. 主函数

接下来我们使用主函数编写按键检测流程,见代码清单 12‑4。
代码清单 12‑4 按键检测主函数(main.c文件)
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#include "fsl_debug_console.h"
#include "fsl_gpio.h"
#include "fsl_gpt.h"

#include "board.h"
#include "pin_mux.h"
#include "clock_config.h"

#include "./led/bsp_led.h"
#include "./key/bsp_key.h"

/**
   * @brief  主函数
   * @param  无
   * @retval 无
   */
int main(void)
{
   /* 初始化内存管理单元 */
   BOARD_ConfigMPU();
   /* 初始化开发板引脚 */
   BOARD_InitPins();
   /* 初始化开发板时钟 */
   BOARD_BootClockRUN();
   /* 初始化调试串口 */
   BOARD_InitDebugConsole();
   /* 打印系统时钟 */
   PRINTF("\r\n");
   PRINTF("*****欢迎使用 野火i.MX RT1052 开发板*****\r\n");
   PRINTF("CPU:             %d Hz\r\n", CLOCK_GetFreq(kCLOCK_CpuClk));
   PRINTF("AHB:             %d Hz\r\n", CLOCK_GetFreq(kCLOCK_AhbClk));
   PRINTF("SEMC:            %d Hz\r\n", CLOCK_GetFreq(kCLOCK_SemcClk));
   PRINTF("SYSPLL:          %d Hz\r\n", CLOCK_GetFreq(kCLOCK_SysPllClk));
   PRINTF("SYSPLLPFD0:      %d Hz\r\n", CLOCK_GetFreq(kCLOCK_SysPllPfd0Clk));
   PRINTF("SYSPLLPFD1:      %d Hz\r\n", CLOCK_GetFreq(kCLOCK_SysPllPfd1Clk));
   PRINTF("SYSPLLPFD2:      %d Hz\r\n", CLOCK_GetFreq(kCLOCK_SysPllPfd2Clk));
   PRINTF("SYSPLLPFD3:      %d Hz\r\n", CLOCK_GetFreq(kCLOCK_SysPllPfd3Clk));

   PRINTF("GPIO输入—按键查询检测\r\n");

   /************************第1部分****************************/
   /* 初始化LED引脚 */
   LED_GPIO_Config();

   /* 初始化KEY引脚 */
   Key_GPIO_Config();
   //阻塞检测
   PRINTF("阻塞检测示例,按下按键可控制LED灯反转\r\n");
   while (1) {
         /************************第2部分****************************/
         /* 检测WAUP按键 */
if (Key_Scan(CORE_BOARD_WAUP_KEY_GPIO, CORE_BOARD_WAUP_KEY_GPIO_PIN) == KEY_ON ) {
            CORE_BOARD_LED_TOGGLE;
            PRINTF("检测到 %s 按键操作\r\n", CORE_BOARD_WAUP_KEY_NAME);
         }

         /* 检测MODE按键 */
if (Key_Scan(CORE_BOARD_MODE_KEY_GPIO, CORE_BOARD_MODE_KEY_GPIO_PIN) == KEY_ON ) {
            CORE_BOARD_LED_TOGGLE;
            PRINTF("检测到 %s 按键操作\r\n", CORE_BOARD_MODE_KEY_NAME);
         }
   }
}
代码中初始化LED灯及按键后,在while函数里不断调用Key_Scan函数,并判断其返回值,若返回值表示按键按下,则反转LED灯的状态。在本章的配套源码中还包含了使用“状态机”方式检测按键的示例,该检测方式更为实用但不太容易理解,这种编程方式跟芯片无关,此处不作讲解。

12.3. 下载验证

把编译好的程序下载到开发板并复位,按下按键可以控制LED灯亮、灭状态。
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