第7章

第一個(gè)實(shí)驗(yàn)：用寄存器點(diǎn)亮LED燈

本章內(nèi)容主要參考以下的芯片硬件手冊：

《RA6M5 Group User’s Manual：Hardware》

《RA4M2 Group User’s Manual：Hardware》

《RA2L1 Group User’s Manual：Hardware》

學(xué)習(xí)本章時(shí)，配合以上芯片手冊中的“19. I/O Ports”章節(jié)一起閱讀，效果會(huì)更佳，特別是涉及到寄存器說明的部分。本章內(nèi)容涉及到較多寄存器方面的深入內(nèi)容，對(duì)于初學(xué)者而言這些內(nèi)容豐富也較難理解，但非常有必要細(xì)讀研究、夯實(shí)基礎(chǔ)。

一般而言，點(diǎn)燈例程就像是剛學(xué)習(xí)C語言那時(shí)的“Hello World”程序那樣，是簡單入門一塊單片機(jī)開發(fā)板的經(jīng)典例程。C語言的“Hello World”程序使用printf函數(shù)來打印“Hello World！”字符串，而我們學(xué)習(xí)這塊開發(fā)板的第一個(gè)例程的內(nèi)容卻不是打印“Hello World！”字符串，而是首先要學(xué)會(huì)控制芯片的引腳。我們在后面的第19章“SCI UART——串口通訊”里才會(huì)開始使用到printf函數(shù)來打印字符串，所以接下來就先來學(xué)習(xí)如何控制芯片的引腳吧！

7.1IOPORT簡介

芯片的引腳可以被粗略地分為IO引腳和非IO引腳。非IO引腳就是電源引腳、晶振引腳等的那些引腳，他們不具備GPIO（通用輸入輸出）功能。而IO引腳是那些具備GPIO功能的引腳，他們可以配置為各種模式、實(shí)現(xiàn)各種通用功能。

IO引腳最基本的輸出功能是輸出高、低電平，實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制（比如開關(guān)LED燈、繼電器或三極管等）；最基本的輸入功能是檢測外部輸入電平（比如通過引腳電平的高低區(qū)分按鍵是否被按下）。

IO引腳還可以用來連接外部設(shè)備，與外部設(shè)備進(jìn)行通訊，發(fā)送控制指令，采集傳感器數(shù)據(jù)等等。

IOPORT即I/O Port，在代碼里面為了方便而寫成“IOPORT”，表示輸入輸出端口。IOPORT是RA MCU的一個(gè)外設(shè)模塊，它用來控制芯片的引腳，對(duì)每一個(gè)引腳進(jìn)行詳細(xì)的配置。具體地說，IOPORT 可以對(duì)引腳進(jìn)行以下幾個(gè)方面的配置：

配置引腳為普通IO功能，即輸入或輸出高電平或者低電平。

控制引腳的輸入上拉電阻。

控制引腳的驅(qū)動(dòng)能力。

控制引腳是否檢測上升沿/下降沿/雙邊沿。

控制引腳是否作為中斷輸入引腳。

配置引腳為模擬輸入功能或者將引腳在內(nèi)部連接到其他外設(shè)模塊。

瑞薩RA系列芯片的IO端口從理論上被分成16個(gè)組（0~9，A，B，C，D，E，F(xiàn)），每組有16個(gè)引腳（0~15）。然而，實(shí)際情況并非是完整的“16個(gè)組+每組16個(gè)引腳”的配置，而是因?qū)嶋H的芯片型號(hào)而異。以野火啟明6M5板子上的R7FA6M5BH3CFC芯片為例，它是LQFP 176-pin封裝，一共有176個(gè)引腳，其中的大部分引腳都是可以被IOPORT模塊控制的IO引腳。而這些IO引腳被分成了0~9，A，B共11組引腳（注：A，B是10，11的十六進(jìn)制表示），每組一般有16個(gè)引腳（引腳號(hào)為0~15），實(shí)際上有些組不到16個(gè)引腳。對(duì)于引腳數(shù)比較少的封裝（LQFP 144-pin和LQFP 100-pin封裝）來說，芯片的可用IO引腳數(shù)也會(huì)相對(duì)減少。

7.2IOPORT的框圖分析

RA6M5、RA4M2、RA2L1這三者的IOPORT模塊框圖結(jié)構(gòu)是基本一致的。

以RA6M5為例，下圖是RA6M5的外設(shè)IOPORT的功能結(jié)構(gòu)框圖，標(biāo)有字母A處表示的是芯片實(shí)際引出 IO引腳。

接下來我們對(duì)IOPORT外設(shè)的結(jié)構(gòu)框圖進(jìn)行分析，將不難得出IOPORT有如下幾種工作模式：

通用輸入輸出（GPIO）模式

輸入模式（浮空/上拉）

輸出模式（推挽/開漏）

模擬輸入功能模式

復(fù)用功能模式

7.2.1

IO端口方向

見圖中標(biāo)注①處。

PDR（Port Direction Register）是端口方向寄存器，它控制端口的GPIO方向。當(dāng)IO引腳需要控制輸出高電平或者低電平時(shí)，可設(shè)置引腳的GPIO方向?yàn)镚PIO輸出；而當(dāng)需要讀取IO引腳的電平時(shí)，可設(shè)置引腳的GPIO方向?yàn)镚PIO輸入。

7.2.2

IO輸入上拉控制

見圖中標(biāo)注②處。

PCR（Pull-up Control Register）是上拉控制寄存器，它控制IO引腳的GPIO輸入是否使能上拉。當(dāng)設(shè)置為允許上拉時(shí)，實(shí)際上會(huì)使得圖中字母B處的弱上拉電阻連接到VCC電源正極，從而使得引腳處于弱上拉輸入模式。需要注意的是，當(dāng)引腳的GPIO方向被配置為“輸入”時(shí)，才可以設(shè)置使用弱上拉電阻。從上圖還可以看出，RA6M5的IO端口是沒有下拉電阻的。

7.2.3

IO驅(qū)動(dòng)能力和開漏輸出控制

見圖中標(biāo)注③處。

DSCR（Port Drive Capability Register）是端口驅(qū)動(dòng)能力寄存器，它控制IO引腳的驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)能

力指的是IO驅(qū)動(dòng)的電流強(qiáng)度和IO的最大翻轉(zhuǎn)速率。

NCODR（N-Channel Open-Drain Control Register）是開漏輸出控制寄存器，它控制IO引腳是否使能開漏模式。當(dāng)引腳的GPIO方向被配置為“輸出”時(shí)，可以配置IO引腳輸出的模式是推挽輸出還是使能開漏輸出。

7.2.4

IO端口輸出數(shù)據(jù)

見圖中標(biāo)注④處。

這部分看似比較復(fù)雜，但是實(shí)際上EOSR、POSR、PORR、EORR的箭頭最終都指向PODR，這意味著操作EOSR、POSR、PORR、EORR這些寄存器，實(shí)際上將最終操作的是PODR寄存器。

圖中PODR（Port Output Data Regist）是端口輸出數(shù)據(jù)寄存器，它控制GPIO引腳輸出的電平。當(dāng)引腳的GPIO方向被配置為“輸出”時(shí)，可以配置引腳輸出高電平或者低電平。

圖中EOSR（Event Output Set Register）是事件輸出置位寄存器（該寄存器我們暫且忽略它）。

圖中POSR（Pmn Output Set Register）是端口輸出數(shù)據(jù)寄存器，它控制GPIO引腳輸出為高電平，但卻不能控制輸出低電平。

圖中PORR（Pmn Output Reset Register）是端口輸出數(shù)據(jù)寄存器，它控制GPIO引腳輸出為低電平，但卻不能控制輸出高電平。

圖中EORR（Event Output Reset Register）是事件輸出復(fù)位寄存器（該寄存器我們暫且忽略它）。

7.2.5

IO端口輸入數(shù)據(jù)

見圖中標(biāo)注⑤處。

PIDR（Port Input Data Register）是端口輸入數(shù)據(jù)寄存器，可以通過它讀取GPIO引腳的電平狀態(tài)。

當(dāng)引腳的GPIO方向被配置為“輸入”時(shí)，程序可以讀出輸入引腳的電平是高電平還是低電平。

7.2.6

模擬輸入模式

見圖中標(biāo)注⑥處。

ASEL（Analog Input Enable）是模擬輸入選擇控制位，可以通過它來將引腳配置為模擬輸入模式。

當(dāng)使用ADC功能時(shí)，需將引腳配置為模擬輸入模式。

7.2.7

端口模式控制和外設(shè)復(fù)用選擇

見圖中標(biāo)注⑦處。

PMR（Port Mode Control）是端口模式控制位，可以通過它來將引腳配置為GPIO輸入/輸出模式，

或者配置作為復(fù)用外設(shè)功能引腳。

PSEL（Peripheral Select）是外設(shè)復(fù)用選擇，可以通過它來選擇將引腳連接到某一個(gè)外設(shè)功能上。

7.2.8

IO邊沿檢測與中斷

見圖中標(biāo)注⑧處。

EOFR（Event on Falling/Event on Rising）是事件觸發(fā)選擇，可以通過它來讓引腳檢測邊沿信號(hào)，如果檢測到指定信號(hào)將觸發(fā)一個(gè)事件。

ISEL（IRQ Input Enable）是IRQ輸入使能控制位，可以配置是否產(chǎn)生中斷。