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C2000基础-GPIO介绍及使用

news 2025/9/16 11:28:48

第一章 GPIO介绍及基础使用

1. GPIO简介

GPIO，全称为 「General-Purpose Input/Output」，即通用输入/输出端口。

它是微控制器、微处理器和某些其他集成电路上的一个引脚，可以由软件控制其输入或输出状态。

GPIO 为开发者提供了一种简单、灵活的方式来控制硬件设备或与外部设备进行通信。

2. GPIO使用示例

2.1 硬件说明

2.1.1 LED

GPIO 章节我们将使用 LED 和 按键 作为案例，而作为案例那我们就需要了解其具体的应用电路，了解应如何通过 GPIO 操控 LED 和按键

  • 主要器件为 LED3，这是一个将三个颜色的灯融合到一起的彩灯器件，三个颜色分别为 R（红色red）、G（绿色green）、B（蓝色blue）。

  • R127、R128、R129 为LED灯的限流电阻，通常跟LED搭配，防止LED灯电路上的电流过大，导致LED灯烧毁。放置的阻值通常在 220Ω ~ 10KΩ。在原理图中，三个不同颜色的LED灯限流电阻分别用了不同的阻值，是因为 LED 灯颜色材料的不同其消化的电流也不同，为了让三个颜色的LED灯亮度一致，经过实测发现使用 3KΩ、4.3KΩ、9.1KΩ 时，通过肉眼观察，发现亮度基本一致。

  • R130、R131 是上拉电阻。主要的功能就是让LED灯在上电未驱动的情况下，默认是灭的。因为 LED 的正极是高电平，负级也因为接入了上拉电阻导致其也是高电平，高电平和高电平无法形成压差产生电流，而没有电流，灯就不会亮。只有当 RGB-B 或 RGB-G 为低电平时，LED 灯才会亮。

2.1.2 按键

在开发板的原理图中，一共有三个按键，分别是RST、BOOT、KEY按键。

其中 RST 是芯片复位功能按键，不能通过软件的方式去控制该按键，当按键按下时，芯片的 XRSN 引脚将会接入 GND，导致芯片将会自动复位重新工作。其中 R58 和 C76 组成了上电复位电路。R58是一个上拉电阻，让 XRSN 引脚上电时为高电平。C76是一个 100nF 的小电容，根据电容的原理可知道，电容其实就是一个电池，电容在上电时会保持一个很短暂的导通现象，所以上电的瞬间，XRSN 通过电容变成了低电平进行复位；当电容充满电后，电容隔开了直流，XRSN 不再是低电平。这样就实现了上电复位功能。

BOOT 是特殊按键，它接到了 GPIO24 引脚，该引脚和 GPIO32 引脚是用于设置启动模式的特殊引脚。通过这两个引脚，可以设置四种模式，具体见下图：

开发板硬件上，默认将 GPIO24 和 GPIO32 引脚通过上拉电阻 R55 和 R56 接到了高电平，这样启动模式就是从 Flash 中启动，我们的代码就是烧录到 Flash 中。如果你要从 SCI 串口启动，则按住 BOOT 键，再上电即可。

KEY 按键就是用户的可以操控的按键，将 GPIO27 引脚接入了这个按键，通过按键接到 GND。采用的检测方式是通过给按键的一端接入低电平，一端接入 GPIO。在没有按下按键时，因为上拉电阻 R137 的存在，导致一直处在高电平；当按键按下时，上拉电阻失效，GPIO27 引脚将被变为低电平的 GND。这样高低电平的变化，就可以让开发板检测到按键的状态。

2.2 CCS工程

2.2.1 CCS&syscfg配置


在这里插入图片描述
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2.2.2 用户代码
    while(1){if( GPIO_readPin(User_KEY) == 0 ){GPIO_writePin(User_LED, 0);}else{GPIO_writePin(User_LED, 1);}}

3. C2000 GPIO相关函数总结 (基于DriverLib)

注：本总结以常用的TMS320F2837x (Delfino) 系列为例，其概念和函数与其他C2000型号（如F2833x, F28004x）相通，但具体寄存器名称和函数参数可能略有差异，请以您所用芯片的DriverLib用户指南为准。

3.1 初始化与配置

  • 核心配置流程（四步关键操作）：

    1. 使能外设时钟（通常默认开启，但最好显式配置）

    2. 设置引脚功能为GPIO（C2000引脚多为多功能复用，需明确指定为GPIO）

    3. 配置GPIO方向和模式（输入/输出，上拉/下拉等）

    4. 配置GPIO量化器/滤波器（若用于数字输入，如eCAP，eQEP等）

  • 基础配置示例（配置GPIO31为输出，控制LED）：

    #include "driverlib.h"// 1. 主初始化（包含系统时钟、PLL等配置，通常由示例工程提供）
Device_init(); // 初始化器件时钟，PLL等
Device_initGPIO(); // 初始化GPIO模块，此函数在F2837x中很重要// 2. 显式配置GPIO31为输出
GPIO_setPinConfig(GPIO_31_GPIO31); // 设置引脚功能为普通GPIO，而非外设功能
GPIO_setDirectionMode(31, GPIO_DIR_MODE_OUT); // 设置GPIO31为输出模式
GPIO_setPadConfig(31, GPIO_PIN_TYPE_STD); // 设置推挽输出（标准模式，无上拉下拉）
GPIO_writePin(31, 0); // 初始输出低电平// 也可以使用便捷的 setupPin API (F28004x等更新型号常用)
GPIO_setupPinMux(31, GPIO_MUX_CPU1, 0); // 选择CPU1控制，功能选择0（GPIO）
GPIO_setupPinOptions(31, GPIO_OUTPUT, GPIO_PUSHPULL); // 设置为推挽输出
GPIO_writePin(31, 0);

  • GPIO配置函数详解：

    函数 (DriverLib)说明参数示例
    GPIO_setPinConfig(uint32_t pinConfig)设置引脚复用功能。参数是预定义的宏，指定引脚和功能。GPIO_31_GPIO31 (GPIO31用作GPIO)
    GPIO_28_EPWM1A (GPIO28用作EPWM1A)
    GPIO_setDirectionMode(uint32_t pin, GPIO_Direction mode)设置输入/输出方向。pin: 引脚编号 (0-31, 或更多取决于芯片)
    mode: GPIO_DIR_MODE_IN 或 GPIO_DIR_MODE_OUT
    GPIO_setPadConfig(uint32_t pin, uint32_t pinType)设置引脚的电气特性（上下拉）。pinType:
    GPIO_PIN_TYPE_STD (标准推挽，无上下拉)
    GPIO_PIN_TYPE_PULLUP (使能内部上拉)
    GPIO_PIN_TYPE_PULLDOWN (使能内部下拉)
    GPIO_PIN_TYPE_OD (开漏输出)
    GPIO_setQualificationMode(uint32_t pin, GPIO_QualificationMode mode)设置输入量化/滤波。用于消除毛刺，对eQEP、eCAP等外设至关重要。mode:
    GPIO_QUAL_SYNC (仅同步到系统时钟)
    GPIO_QUAL_3SAMPLE (3个采样周期滤波)
    GPIO_QUAL_6SAMPLE (6个采样周期滤波)
    GPIO_QUAL_ASYNC (异步路径，无滤波)

3.2 GPIO操作核心函数

  • 基本读写操作：

    函数原型说明
    GPIO_writePin(uint32_t pin, uint32_t outVal)(pin, 0 or 1)写单个引脚。设置输出引脚的电平。
    uint32_t GPIO_readPin(uint32_t pin)(pin)读单个引脚。返回输入或输出引脚的电平状态。
    GPIO_togglePin(uint32_t pin)(pin)翻转单个引脚。如果输出高则变低，反之亦然。
    GPIO_setPins(uint32_t port, uint32_t pins)(GPIO_PORT_X, bitmask)同时设置一组引脚为高。操作同一GPIO端口的多个引脚。
    GPIO_clearPins(uint32_t port, uint32_t pins)(GPIO_PORT_X, bitmask)同时清除一组引脚为低。操作同一GPIO端口的多个引脚。
    uint32_t GPIO_readPort(uint32_t port)(GPIO_PORT_X)读取整个GPIO端口的值。

  • 操作示例：

    // 1. 点灯操作（输出）
GPIO_writePin(31, 1); // LED On
GPIO_writePin(31, 0); // LED Off
GPIO_togglePin(31);   // LED Toggle// 2. 按键读取（输入）
// 假设GPIO16连接按键，配置为输入带上拉
GPIO_setPinConfig(GPIO_16_GPIO16);
GPIO_setDirectionMode(16, GPIO_DIR_MODE_IN);
GPIO_setPadConfig(16, GPIO_PIN_TYPE_PULLUP); // 按键按下时拉到地，故常态靠上拉为高if (GPIO_readPin(16) == 0) {// 检测到按键被按下（引脚被拉低）do_something();
}// 3. 同时操作多个引脚（例如：数据总线）
// 假设GPIO0-GPIO7连接数据总线，配置为输出
#define DATA_BUS_MASK 0x00FF // 位掩码，对应Pin 0-7
GPIO_setPortPins(GPIO_PORT_A, DATA_BUS_MASK); // 初始化，具体函数名可能因系列而异// 一次性写入一个字节的数据
GPIO_writePort(GPIO_PORT_A, (data_byte & DATA_BUS_MASK)); // 写入端口
// 或使用Set/Clear
GPIO_clearPins(GPIO_PORT_A, DATA_BUS_MASK); // 先清空
GPIO_setPins(GPIO_PORT_A, (data_byte & DATA_BUS_MASK)); // 再置位

3.3 高级功能与特性

  • GPIO中断（外部中断XINT1-XINT5）：
    C2000的GPIO中断不与引脚直接绑定，而是通过外部中断源（XINT1-XINT5）来连接特定的GPIO引脚。

    // 配置GPIO12作为XINT1的中断源，下降沿触发
GPIO_setPinConfig(GPIO_12_GPIO12);
GPIO_setDirectionMode(12, GPIO_DIR_MODE_IN);
GPIO_setPadConfig(12, GPIO_PIN_TYPE_PULLUP);// 1. 设置中断回调函数（使用DriverLib中断管理器）
Interrupt_register(INT_XINT1, &xint1Isr); // 注册中断服务函数// 2. 配置XINT1外部中断
XINT_Config xint1Config;
xint1Config.trigger = XINT_TRIG_FALLING_EDGE; // 下降沿触发
xint1Config.pin = 12; // 指定GPIO12作为中断源
xint1Config.enableInt = true; // 使能中断
XINT_setConfig(XINT_BASE_1, &xint1Config); // 应用配置到XINT1// 3. 使能XINT1中断
Interrupt_enable(INT_XINT1);
Interrupt_clear(INT_XINT1); // 清除可能存在的 pending 中断// 4. 中断服务函数
__interrupt void xint1Isr(void) {// 处理中断GPIO_togglePin(31); // 例如，翻转LEDXINT_clearEventFlag(XINT_BASE_1); // 必须清除XINT1的事件标志！Interrupt_clear(INT_XINT1); // 清除PIE组内的中断标志
}

  • 输入量化（Filtering）：
    这是C2000 GPIO的一个特色功能，用于对输入信号进行数字滤波，防止噪声误触发。

    // 为eQEP的A通道信号（GPIO20）配置6周期采样滤波
GPIO_setPinConfig(GPIO_20_EQEP1A);
GPIO_setDirectionMode(20, GPIO_DIR_MODE_IN);
GPIO_setQualificationMode(20, GPIO_QUAL_6SAMPLE); // 关键配置！6周期滤波

3.4 使用示例（完整流程）

3.4.1 示例：配置LED和按键，并实现中断控制
#include "driverlib.h"// 定义引脚
#define LED_PIN        31
#define BUTTON_PIN     16
#define BUTTON_XINT    XINT_BASE_1 // 使用XINT1// 中断服务函数声明
__interrupt void xint1Isr(void);void main(void) {// 1. 初始化器件Device_init();Device_initGPIO();Interrupt_initModule(); // 初始化中断模块(PIE)Interrupt_initVectorTable(); // 初始化中断向量表// 2. 配置LED引脚（输出）GPIO_setPinConfig(GPIO_31_GPIO31);GPIO_setDirectionMode(LED_PIN, GPIO_DIR_MODE_OUT);GPIO_setPadConfig(LED_PIN, GPIO_PIN_TYPE_STD);GPIO_writePin(LED_PIN, 0);// 3. 配置按键引脚（输入，并连接到XINT1）GPIO_setPinConfig(GPIO_16_GPIO16);GPIO_setDirectionMode(BUTTON_PIN, GPIO_DIR_MODE_IN);GPIO_setPadConfig(BUTTON_PIN, GPIO_PIN_TYPE_PULLUP); // 按键按下为低，故上拉// 4. 配置XINT1中断Interrupt_register(INT_XINT1, &xint1Isr); // 注册ISRXINT_Config xint1Config;xint1Config.trigger = XINT_TRIG_FALLING_EDGE; // 按键按下是下降沿xint1Config.pin = BUTTON_PIN; // 指定GPIO16触发XINT1xint1Config.enableInt = true;XINT_setConfig(BUTTON_XINT, &xint1Config);Interrupt_enable(INT_XINT1); // 使能PIE中的XINT1中断XINT_clearEventFlag(BUTTON_XINT); // 清除初始标志位// 5. 全局使能中断Interrupt_globalEnable(); // 全局中断使能(设置INTM位)while(1) {// 主循环可执行其他任务// 中断会处理按键}
}// XINT1 中断服务函数
__interrupt void xint1Isr(void) {// 翻转LED状态GPIO_togglePin(LED_PIN);// 必须清除中断标志！XINT_clearEventFlag(BUTTON_XINT); // 清除XINT1事件标志Interrupt_clear(INT_XINT1); // 清除PIE组标志
}

4. 关键注意事项

  1. Device_initGPIO()的重要性：在F2837x等系列中，必须在配置GPIO前调用此函数来释放GPIO到软件控制，否则引脚可能被锁存为默认的上电状态或被仿真器占用。

  2. 引脚复用功能选择：GPIO_setPinConfig() 是配置引脚功能的核心。必须根据数据手册中的“Pin Function”表格选择正确的宏（GPIO_XX_YYYY）。

  3. 输入量化（Qualification）：

  • 用于数字输入外设（ePWM, eCAP, eQEP, ADC SOC）的GPIO信号通常需要配置量化（如GPIO_QUAL_SYNC或GPIO_QUAL_6SAMPLE）以消除噪声。

  • 用于普通数字读写的GPIO或外部中断，通常不需要量化或只需简单同步（GPIO_QUAL_SYNC）。

  1. 中断处理：

  • C2000的中断系统较复杂，涉及PIE（外设中断扩展）。

  • 在中断服务程序（ISR）中必须清除正确的中断标志：一是外设本身的事件标志（如XINT_clearEventFlag），二是PIE组内的应答标志（Interrupt_clear）。

  • 使用DriverLib的 Interrupt_register() 和 __interrupt 关键字可以简化中断向量管理。

  1. 高低字节控制：一些C2000芯片的GPIO端口分为高16位和低16位（如GPIOA和GPIOB），操作GPIO_setPins等函数时需要注意端口选择和对齐。

文中完整参考代码：https://github.com/hazy1k/C2000-Quick-Start-Guide-CCS/tree/main/TMS320F28P550/2.code


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