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嵌入式养成计划-52----ARM--开发板介绍--相关硬件基础内容介绍--GPIO讲解

news 2026/1/19 5:39:03

一百三十一、开发板介绍

131.1 核心板介绍

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131.2 拓展板

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一百三十二、相关硬件基础内容介绍

132.1 PCB

PCB（ Printed Circuit Board），中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，
是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。
由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

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132.2 电路板丝印

  • 可以通过不同元器件的丝印标号在电路原理图中对应的硬件原理图
    电路板丝印是用丝网bai印刷技术来制作印刷电路板。
丝印指得是丝印层，画pcb的时候是分层的，其中包含文字的那一层，用来标注元件或者添加其他信息，这一层叫丝印层。通过丝网印刷方式将元件外形、序号以及其他说明性文字印制在元件面或焊锡面上，
以方便电路板生产过程的插件(包括表面封装元件的贴片)以及日后产品的维修操作。
  • 不同的电路元件的丝印图：
    Ux	:	常作为开发板上芯片的标号
Rx	:	电阻
Cx	:	电容
Dx	:	二极管
Qx	:	三极管
  • 标准器件的丝印的编号：
    U? --> 芯片  C? --> 电容   R? --> 电阻  L? --> 电感
D? --> 二极管  Q? --> 三极管 J? --> 接插件 CON? --> 接插件
  • 非标准器件的丝印编号：器件的编号的名字可以自定义
    FAN1 --> 风扇
LD1  --> LED1灯
KEY1 --> 按键1
  • 网络标号
    在原理图上，器件引脚上边红色的字，就是网络标号，
网络标号相同的两个引脚说明具有相同的电器连接属性，
即在PCB板上两个引脚通过导线进行连接。网络标号(net label)是一个电气连接点，一般由字母或数字组成，
具有相同网络标号的电气连接线、管脚、及网络是连接在一起的

一百三十三、GPIO讲解

133.1 GPIO概念

GPIO，英文全称为General-Purpose IO ports，也就是通用IO口。
在嵌入式系统中常常有数量众多，但是结构却比较简单的外部设备/电路，对这些设备/电路，有的需要CPU为之提供控制手段，有的则需要被CPU用作输入信号。
而且，许多这样的设备/电路只要求一位，即只要有开/关两种状态就够了，
比如：控制某个LED灯亮与灭；或者通过获取某个管脚的电平属性来达到判断外围设备的状态。对这些设备/电路的控制，使用传统的串行口或并行口都不合适。所以在微控制器芯片上一般都会提供一个“通用可编程IO接口”，即GPIO。

133.2 LED灯电路原理图分析

133.2.1 在开发板上找到LED1的丝印

  • 通过查看资源拓展板，发现LED1的丝印为LD1

133.2.2 根据LED1丝印找到LED1在拓展板上的原理图

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这个LED1电路原理图种有一个3.3v的电源，右边接地,
在LED1发光二极管左边接了一个电阻，用于分压限流，保护电路，右边接到一个三极管的集电极，三级管的基极网络标号为LED1

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133.2.3 根据网络标号找转接板电路原理图

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133.2.4 分析核心板电路原理图

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通过分析，发现led1接的三极管的基极最终连接在SOC（stm32mp157aaa）的PE10管脚。

133.3 LED1工作原理分析

133.3.1 LED1工作原理

在这里插入图片描述

根据电路原理图分析，想要让LED1亮，只需要有电流流经发光二极管即可，需要形成闭合回路，
即需要三极管的集电极和发射极导通，这里需要三极管基极控制。

133.3.2 三极管分析

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  • 三极管一般有两种应用场景：
    1.可以在电路里设计放大电路
2.可以充当开关
三极管分为NPN和PNP
NPN：当基极有一个高电平的输入时，集电极和发射极导通当基极有一个低电平的输入时，集电极和发射极截止
PNP：当基极有一个高电平的输入时，集电极和发射极截止当基极有一个低电平的输入时，集电极和发射极导通所以在LED1电路中，只需要三极管的基极有一个高电平的输入，集电极和发射极就能导通，电流就能够顺利流经发光二极管，发光二极管就能正常工作而三极管的基极接在SOC的PE10管脚，所以只要PE10管脚输出高电平,LED1就可以亮

133.4 软件编程控制硬件原理

133.4.1 SOC对于GPIO控制的工作框图

在这里插入图片描述

133.4.2 软件编程控制硬件的原理

在芯片的生产厂商生产出芯片之后，会在内存空间中固化一段内存，这段内存占用了0-4G的内存寻址空间，对于这段内存中有一段内存专门用于进行硬件外设的控制，想要让外设进行工作，只需要向外设对应的这片内存中写0或者写1即可。这段空间是是属于外设的特殊功能寄存器组织

  • 软件编程控制硬件的思想：
    通过编程操作特殊功能寄存器，向特殊功能寄存器中写入特定的数据，就可以间接控制外设进行工作
  • 通用寄存器（R0-R15 CPSR）
    1.存在于CPU内部
2.cpu想要读写数据，不需要寻址，只需要基于寄存器编号操作即可
3.由ARM公司设计
  • 特殊功能寄存器：
    1.存在于SOC内部（内存中）
2.操作这些寄存器需要使用内存读写指令，也需要这些内存的地址
3.特殊功能寄存器由芯片厂商来实现
4.特殊功能寄存器负责完成外设功能的实现

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133.5 GPIO相关数据手册分析

133.5.1 GPIO章节

  • GPIO功能描述
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  • GPIO输出功能框图分析
    GPIO输出可以通过，两种模式实现

    • 推挽输出
    • 开漏输出+上拉/下拉电阻

  • mos管特性介绍
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    • 推挽输出
      由两个互补的mos管相互配合完成高低电平的输出，推挽输出既可以输出高电平，也可以输出低电平
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    • 开漏输出
      在输出框图种只有一个Nmos管起作用，所以只能输出低电平，想要输出高电平必须外接上拉电阻
      或者
      在输出框图种只有一个Pmos管起作用，所以只能输出高电平，想要输出低电平必须外接下拉电阻
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  • GPIO相关寄存器介绍
    在这里插入图片描述

    • GPIOX_MODER寄存器
      GPIO模式选择寄存器，一组GPIO有16个管脚，这个寄存器两位管理一个管脚功能
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    • GPIOx_OTYPER
      用于设置GPIO的输出方式

    在这里插入图片描述

    • GPIOx_OSPEEDR
      用于设置GPIO端口的输出速度
      在这里插入图片描述
    • GPIOx_PUPDR
      设置上拉下拉电阻
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    • GPIOx_ODR
      GPIO数据输出寄存器
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    • GPIOx_BSRR
      管脚置位/复位寄存器
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    • GPIOX_BRR
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  • GPIOE基地址的确定
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    GPIOE_MODER->0X50006000
GPIOE_OTYPER->0X50006004
GPIOE_OSPEEDR->0X50006008
GPIOE_PUPDR->0X5000600C
GPIOE_ODR->0X50006014

133.5.2 RCC章节

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后面就根据这些编写汇编代码了

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