使用寄存器点亮LED灯-电子发烧友网

第7章

第一个实验：用寄存器点亮LED灯

本章内容主要参考以下的芯片硬件手册：

《RA6M5 Group User’s Manual：Hardware》

《RA4M2 Group User’s Manual：Hardware》

《RA2L1 Group User’s Manual：Hardware》

学习本章时，配合以上芯片手册中的“19. I/O Ports”章节一起阅读，效果会更佳，特别是涉及到寄存器说明的部分。本章内容涉及到较多寄存器方面的深入内容，对于初学者而言这些内容丰富也较难理解，但非常有必要细读研究、夯实基础。

一般而言，点灯例程就像是刚学习C语言那时的“Hello World”程序那样，是简单入门一块单片机开发板的经典例程。C语言的“Hello World”程序使用printf函数来打印“Hello World！”字符串，而我们学习这块开发板的第一个例程的内容却不是打印“Hello World！”字符串，而是首先要学会控制芯片的引脚。我们在后面的第19章“SCI UART——串口通讯”里才会开始使用到printf函数来打印字符串，所以接下来就先来学习如何控制芯片的引脚吧！

7.1IOPORT简介

芯片的引脚可以被粗略地分为IO引脚和非IO引脚。非IO引脚就是电源引脚、晶振引脚等的那些引脚，他们不具备GPIO（通用输入输出）功能。而IO引脚是那些具备GPIO功能的引脚，他们可以配置为各种模式、实现各种通用功能。

IO引脚最基本的输出功能是输出高、低电平，实现开关控制（比如开关LED灯、继电器或三极管等）；最基本的输入功能是检测外部输入电平（比如通过引脚电平的高低区分按键是否被按下）。

IO引脚还可以用来连接外部设备，与外部设备进行通讯，发送控制指令，采集传感器数据等等。

IOPORT即I/O Port，在代码里面为了方便而写成“IOPORT”，表示输入输出端口。IOPORT是RA MCU的一个外设模块，它用来控制芯片的引脚，对每一个引脚进行详细的配置。具体地说，IOPORT 可以对引脚进行以下几个方面的配置：

配置引脚为普通IO功能，即输入或输出高电平或者低电平。

控制引脚的输入上拉电阻。

控制引脚的驱动能力。

控制引脚是否检测上升沿/下降沿/双边沿。

控制引脚是否作为中断输入引脚。

配置引脚为模拟输入功能或者将引脚在内部连接到其他外设模块。

瑞萨RA系列芯片的IO端口从理论上被分成16个组（0~9，A，B，C，D，E，F），每组有16个引脚（0~15）。然而，实际情况并非是完整的“16个组+每组16个引脚”的配置，而是因实际的芯片型号而异。以野火启明6M5板子上的R7FA6M5BH3CFC芯片为例，它是LQFP 176-pin封装，一共有176个引脚，其中的大部分引脚都是可以被IOPORT模块控制的IO引脚。而这些IO引脚被分成了0~9，A，B共11组引脚（注：A，B是10，11的十六进制表示），每组一般有16个引脚（引脚号为0~15），实际上有些组不到16个引脚。对于引脚数比较少的封装（LQFP 144-pin和LQFP 100-pin封装）来说，芯片的可用IO引脚数也会相对减少。

7.2IOPORT的框图分析

RA6M5、RA4M2、RA2L1这三者的IOPORT模块框图结构是基本一致的。

以RA6M5为例，下图是RA6M5的外设IOPORT的功能结构框图，标有字母A处表示的是芯片实际引出 IO引脚。

接下来我们对IOPORT外设的结构框图进行分析，将不难得出IOPORT有如下几种工作模式：

通用输入输出（GPIO）模式

输入模式（浮空/上拉）

输出模式（推挽/开漏）

模拟输入功能模式

复用功能模式

7.2.1

IO端口方向

见图中标注①处。

PDR（Port Direction Register）是端口方向寄存器，它控制端口的GPIO方向。当IO引脚需要控制输出高电平或者低电平时，可设置引脚的GPIO方向为GPIO输出；而当需要读取IO引脚的电平时，可设置引脚的GPIO方向为GPIO输入。

7.2.2

IO输入上拉控制

见图中标注②处。

PCR（Pull-up Control Register）是上拉控制寄存器，它控制IO引脚的GPIO输入是否使能上拉。当设置为允许上拉时，实际上会使得图中字母B处的弱上拉电阻连接到VCC电源正极，从而使得引脚处于弱上拉输入模式。需要注意的是，当引脚的GPIO方向被配置为“输入”时，才可以设置使用弱上拉电阻。从上图还可以看出，RA6M5的IO端口是没有下拉电阻的。

7.2.3

IO驱动能力和开漏输出控制

见图中标注③处。

DSCR（Port Drive Capability Register）是端口驱动能力寄存器，它控制IO引脚的驱动能力。驱动能

力指的是IO驱动的电流强度和IO的最大翻转速率。

NCODR（N-Channel Open-Drain Control Register）是开漏输出控制寄存器，它控制IO引脚是否使能开漏模式。当引脚的GPIO方向被配置为“输出”时，可以配置IO引脚输出的模式是推挽输出还是使能开漏输出。

7.2.4

IO端口输出数据

见图中标注④处。

这部分看似比较复杂，但是实际上EOSR、POSR、PORR、EORR的箭头最终都指向PODR，这意味着操作EOSR、POSR、PORR、EORR这些寄存器，实际上将最终操作的是PODR寄存器。

图中PODR（Port Output Data Regist）是端口输出数据寄存器，它控制GPIO引脚输出的电平。当引脚的GPIO方向被配置为“输出”时，可以配置引脚输出高电平或者低电平。

图中EOSR（Event Output Set Register）是事件输出置位寄存器（该寄存器我们暂且忽略它）。