nRF52832——GPIO端口的应用

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nRF52832 GPIO 端口资源描述

GPIO 称为输入输出端口，根据 nRF52832 封装最大具有 32 个 I/O 口，可以通过 P0 这样的端口访问和控制多达 32 个端口。而且每个端口都可以单独访问。特点如下：

• 最大 32 个 GPIO，分别为 P0.0~P0.31
• 具有 8 个带有模拟通道的 GPIO 口，可以用于 SAADC、COMP 和 LPCOMP 输入
• 可以配置的输入驱动强度；内部具有上拉和下拉电阻
• 可以从所有的引脚上的高电平或者低电平触发唤醒
• 任何引脚的状态变化都可以触发中断
• PPI 任务/事件系统可以使用所有引脚
• 可以通过 PPI 和 GPIOTE 通道控制一个或多个 GPIO 输出
• 所有引脚都可以单独映射到外设接口上，以实现布局灵活性
• 在 SENSE 信号上捕获的 GPIO 状态变化可以由 LATCH 寄存器存储

GPIO 端口外设最多可以实现 32 个引脚。这些引脚中的每一个都可以在 PIN_CNF[n] 寄存器中单独配置。可以通过这些寄存器配置以下参数：

• 方向
• 驱动强度
• 启用上拉和下拉电阻
• 引脚感应
• 输入缓冲区断开
• 模拟输入（适用于所选引脚）

• 输入模式
• 输出模式
• 复用模式
• 模拟通道模式

上图中的 Sense 寄存器可以捕捉 GPIO 端口状态，如果选择 LDETECT 模式，则可以把相关状态存储在 LATCH 寄存器内，结构如下：

当在任何这样配置的引脚上检测到正确的电平时，感测机制将 DETECT 信号设置为高电平。每个引脚都有一个单独的 DETECT 信号，DETECTMODE 寄存器定义的默认功能是将来自 GPIO 端口中所有引脚的 DETECT 信号被合并到一个普通的 DETECT 信号。如果在启用传感机制时满足 PIN_CNF 寄存器配置的感测条件，则检测将立即变为高电平。如果在启用传感机制之前 DETECT 信号为低，这将触发 PORT 事件。PORT 事件在后面 GPIOE 中再详细讲解。

nRF52832 GPIO 寄存器介绍

实际 nRF52832 中所有 GPIO 模块包含的寄存器都差不多，如下表：

GPIO 通过寄存器配置可以配置为输出模式和输入模式。这些都可以通过官方提供的一个库（对寄存器进行了封装），我们可以很方便的进行调用操作，下面会结合寄存器和官方函数进行说明。

GPIO 端口状态的设置

输入模式：NRF_GPIO_PORT_DIR_INPUT，输入模式可以分为上拉和下拉模式。
输出模式：NRF_GPIO_PORT_DIR_OUTPUT，输出模式寄存器为推挽输出。

可以设置输出模式的寄存器有三个：DIR、DIRSET 和 PIN_CNF。其中 DIR 和 DIRSET 仅仅是进行输出设置，不配置其他参数。而 PIN_CNF 还配置了端口的其他参数。

可以设置输入模式的寄存器有三个：DIR、DIRCLR 和 PIN_CNF。同样，DIR 和 DIRCLR 仅仅是配置端口输出状态，不配做其他参数。同时输入模式提供寄存器 IN 读取 IO 口输入电平状态。

• DIR 寄存器：配置 IO 端口输入输出方向：
  
  
• DIRSET 寄存器：配置 IO 端口为输出管脚
  
  
  
  
• DIRCLR 寄存器：配置 IO 端口为输入管脚
  
  
• PIN_CNF 寄存器：配置 IO 端口状态
  
  关于 PIN_CNF 配置寄存器的说明：
  
  
• 0-bit 为 DIR 方向位，设置 IO 管脚为输入引脚或者输出引脚。当为 0 时设置引脚为输入引脚。当设置为 1 时为输出管脚。函数对应 nrf_gpio_port_dir_t
• 1-bit 为 INPUT 输入位，如果设置了 IO 端口为输入端口，该位用于设置输入是否接入缓冲，复位默认为 1，所有默认都是端口连接输入缓冲的。对应结构体 nrf_gpio_pin_input_t
• 2~3-bit PULL 为输入是否开上拉电阻。当设置为 0 时没有上下拉，设置为 1 时为开下拉电阻，设置为 3 时为开上拉。nrf_gpio_pin_pull_t 为对应的结构体。
• 8~9-bit 为 DRIVE 驱动位，该位为设置 IO 端口输出的驱动强度，对应输出 IO 端口输出强度可编程配置。
• 16~17-bit SENSE 位，该位为感应设置位，可以设置感应外部信号，常与 GPIOE 唤醒中使用。结构体 nrf_gpio_pin_sense_t。

使用 PIN_CNF[n] 寄存器进行操作数配置的代码示例如下：

__STATIC_INLINE void nrf_gpio_cfg(uint32_t pin_number, nrf_gpio_pin_dir_t dir, nrf_gpio_pin_input_t input, nrf_gpio_pin_pull_t pull, nrf_gpio_pin_drive_t drive, nrf_gpio_pin_sense_t sense) //GPIO端口状态配置 { 
     //配置端口 NRF_GPIO_Type * reg = nrf_gpio_pin_port_decode(&pin_number); //配置对应的端口的状态 reg->PIN_CNF[pin_number] = ((uint32_t)dir << GPIO_PIN_CNF_DIR_Pos)//方向 | ((uint32_t)input << GPIO_PIN_CNF_INPUT_Pos)//输入缓冲 | ((uint32_t)pull << GPIO_PIN_CNF_PULL_Pos)//上拉配置 | ((uint32_t)drive << GPIO_PIN_CNF_DRIVE_Pos)//驱动能力配置 | ((uint32_t)sense << GPIO_PIN_CNF_SENSE_Pos)//感应能力 } 

GPIO 输出配置函数：

__STATIC_INLINE void nrf_gpio_cfg_output(uint32_t pin_number) { 
     nrf_gpio_cfg(pin_number, NRF_GPIO_PIN_DIR_OUTPUT, NRF_GPIO_PIN_INPUT_DISCONNECT, NRF_GPIO_PIN_NOPULL,//没有上拉 NRF_GPIO_PIN_S0S1,//驱动能力 NRF_GPIO_PIN_NOSENSE); } 

GPIO 输入配置函数：

__STATIC_INLINE void nrf_gpio_cfg_input(uint32_t pin_number, nrf_gpio_pin_pull_t pull_config) { 
     nrf_gpio_cfg(pin_number, NRF_GPIO_PIN_DIR_INPUT, NRF_GPIO_PIN_INPUT_CONNECT, pull_config, NRF_GPIO_PIN_S0S1, NRF_GPIO_PIN_NOSENSE); } 

GPIO 输出设置

GPIO 可以设置输出高电平和低电平，对应输出状态的配置，可以看到 GPIO 寄存器列表中分配三个寄存器：

• OUT 寄存器
• OUTSET 寄存器
• OUTCLR 寄存器

这三个寄存器都是可读可写寄存器，32位，每一位代表一个 IO 端口，按位进行配置。

nRF52832 GPIO 输出应用

点亮第一个 LED 灯

硬件部分

Keil 工程搭建

led.c 的实例代码如下：

void LED_Init(void) { 
     nrf_gpio_cfg_output(LED_0); nrf_gpio_cfg_output(LED_1); nrf_gpio_cfg_output(LED_2); nrf_gpio_cfg_output(LED_3);//配置 IO 端口为输出状态 } //操作LED1 点亮，LED1 输出低电平 void LED1_Open(void) { 
     nrf_gpio_pin_clear(LED_0); } //操作LED1 灭，LED1 输出高电平 void LED1_Close(void) { 
     nrf_gpio_pin_set(LED_0); } //LED0 状态翻转 void LED1_Toggle(void) { 
     nrf_gpio_pin_toggle(LED_0); } 

上面的代码分别调用了以下的库函数，其实这些库函数内部也是操作对应的寄存器，为了方便我们的使用将这部分寄存器配置过程进行了封装。这里我们可以具体看一下。

nrf_gpio_pin_clear(uint32_t pin_number); nrf_gpio_pin_set(uint32_t pin_number); nrf_gpio_pin_toggle(uint32_t pin_number); 

nrf_gpio_pin_clear() 函数内部会发现是如下的操作：

p_reg->OUTCLR = clr_mask; 

也就是说要 IO 管脚输出为 0，实际上是直接设置 OUTCLR 寄存器为高。同理，nrf_gpio_pin_set() 函数就是设置 OUTSET 寄存器；nrf_gpio_pin_toggle() 就是设置 OUTCLR 和 OUTSET 寄存器。

对于主函数调用的编写就很简单了。只需要调用对应的操作函数即可完成对应的操作调用。

#include "nrf_gpio.h" #include "nrf_delay.h" #include "led.h" int main(void) { 
     //初始化 LED 灯 LED_Init()； while(true) { 
     LED1_Open(); nrf_delay_ms(500);//延迟500ms LED1_Close(); nrf_delay_ms(500);//延迟500ms } } 

编译代码后，使用 Keil 把工程目标文件下载到 nRF52832 开发板上。LED 灯就会开始闪烁。

蜂鸣器驱动

硬件设计

蜂鸣器常用分为：

• 有源蜂鸣器：内部带有震荡源，只要通电就会发出响声
• 无源蜂鸣器：内部不带震荡源，使用直流信号无法响动，必须使用 2K-5K 的方波驱动使其响动。

这里的“源”并不是指电源，而是指震荡源。所以有源蜂鸣器比无源蜂鸣器的成本要高很多，因为里面多了一个振荡电路。

程序编写

通过上面的分析，有源蜂鸣器的驱动实际上非常简单，类似前面的 LED 驱动，只需要使得 GPIO 端口输出高电平就可以使得蜂鸣器鸣叫。

实现要求的配置代码如下：

1. 首先采用函数 nrf_gpio_cfg_output 设置 GPIO 为普通驱动能力的输出 GPIO
2. 打开蜂鸣器采用组件库函数 nrf_gpio_pin_set 函数，关闭蜂鸣器采用 nrf_gpio_pin_clear 函数
3. 主函数循环开关蜂鸣器，中间添加延迟操作

具体代码如下：

#define BEEP 12 //定义蜂鸣器的管脚 //初始化蜂鸣器 void BEEP_Init(void) { 
     //配置蜂鸣器驱动 GPIO 为输出模式 nrf_gpio_cfg_output(BEEP); } //蜂鸣器开启 void BEEP_Open(void) { 
     nrf_gpio_pin_set(BEEP); } //蜂鸣器停止 void BEEP_Close(void) { 
     nrf_gpio_pin_clear(BEEP); } 

main.c 主函数调用方式如下：

#include <stdbool.h> #include <stdint.h> #include "nrf_gpio.h" #include "nrf_delay.h" #include "led.h" int main() { 
     //初始化LED灯 LED_Init(); BEEP_Init(); //循环打开和关闭蜂鸣器 while(true) { 
     LED1_Toggle(); BEEP_Open(); nrf_delay_ms(800); BEEP_Close(); LED1_Toggle(); nrf_delay_ms(800); } return 0; } 

测试验证

编译代码后，将 Keil 工程目标文件下载到 nRF52832 开发板上，同时把 P19 上的跳线帽 4-6 进行短接。运行后，LED 闪烁并且蜂鸣器会跟随响动。

nRF52832 GPIO 输入应用

GPIO 输入扫描流程

GPIO 的输入配置首先需要配置 PIN_CNF[n] 寄存器的是三个域，如 GPIO 结构体如下图：

• PIN_CNF[n].DIR：该位决定 IO 端口方向为输入
• PIN_CNF[n].INPUT：该位决定是否接入缓冲。输入缓冲的作用和连接一个电阻类似，降低电压波动幅度过大对输入管脚的影响。
• PIN_CNF[n].PULL：该位决定是否进行上下拉，上下拉的作用主要就是用于输入端口的电平维持，保存信号稳定，方便处理器进行检测。

在 nrf52xx 的组件库中，提供了一个 API 函数 nrf_gpio_cfg_input 来完成 IO 口输入状态的设置，该函数就是调用前面讲解 nrf_gpio_cfg 函数，代码如下：

__STATIC_INLINE void nrf_gpio_cfg_input(uint32_t pin_number, nrf_gpio_pin_pull_t pull_config) { 
     nrf_gpio_cfg(pin_number, //配置IO端口号 NRF_GPIO_PIN_DIR_INPUT,//配置为输入 NRF_GPIO_PIN_INPUT_CONNECT,//默认上接输入缓冲 pull_config, NRF_GPIO_PIN_S0S1, NRF_GPIO_PIN_NOSENSE); } 

if(nrf_gpio_pin_read(13)==0) 

这样可以判断 13 管脚是否输入为低电平。

机械按键输入扫描

硬件设计

程序的编写

• 初始化开发板上的按键
• 扫描判断按键是否有按下，按键扫描是通过 MCU 不停判断端口的状态来实现
  
  

#include "key.h" void KEY_Init() { 
     nrf_gpio_cfg_input(16, NRF_GPIO_PIN_PULLUP);//设置管脚上拉输入，按键按下接通 GND，输入拉低 nrf_gpio_cfg_input(17, NRF_GPIO_PIN_PULLUP);//同16管脚相同 } //循环等待延迟函数 void Delay(uint32_t temp) { 
     for(; temp !=0; temp--) } //按键按下判断函数 uint8_t KEY1_Down() { 
     if(nrf_gpio_pin_read(KEY_1) == 0) { 
     //延时消抖 Delay(10000); if(nrf_gpio_pin_read(KEY_1) == 0) { 
     //等待按键释放，只识别单次按下，不区分长短按键 while(nrf_gpio_pin_read(KEY_1)==0); return 0; } else return 1; } else return 1; } 

主函数的操作就很简单了。下面 main.c ：

#include "nrf52.h" #include "nrf_gpio.h" #include "led.h" #include "key.h" int main() { 
     LED_Init();//LED初始化 KEY_Init();//按键初始化 while(1) { 
     if(KEY1_Down() == 0)//判断按键是否按下 { 
     LED_Toggle();//按键按下，LED状态翻转 } } return 0; } 

电容触摸按键的应用

硬件设计

电容触摸按键可以穿透绝缘材料 20mm 以上，准确无误地侦测到手指的有效触摸。并保证了产品的灵敏度、稳定性、可靠性等不会因环境条件的改变或长期使用而发生变化，并具有防水和强抗 干扰能力，超强防护，超强适应温度范围。电容式触摸按键没有任何机械部件，不会磨损，无限寿命，减少后期维护成本。电容式触摸按键面板图案、按键大小、形状任意设计，字符、商标、透视窗LED 透光等任意搭配，外型美观、时尚，不褪色、不变形、经久耐用。因此在一下家电、手持设备上为了防止进水、腐蚀等情况发生，常常采用电容触摸按键。

管脚 1 接 TK 通过 P19 的管脚 2 和管脚 4 相连，连接芯片的 P0.12 端；VDD 接 3.3v 电源；STG 接高电平，设置为触发模式；SDH 接低电平，设置为高电平输出。触 摸板 TK1 要接电容 C28 进行灵敏度调节，电容范围为 0~50p。

程序编写

电容触摸按键的应用和机械按键类似，只要检测到 GPIO 管脚上有高电平输入节课认为是有按键按下事件产生。因此我们可以再按键扫描的代码中添加这部分操作，原理和机械按键类似。具体如下：

nrf_gpio_cfg_input(12, NRF_GPIO_PIN_PULLUP);//初始化 TOUCH 的管脚为输入 //电容按键检测 uint8_t TCH_Down() { 
     //检测是否按键有按下 if(nrf_gpio_pin_read(TCH) == 1) { 
     //延时消抖 Delay(10000); if(nrf_gpio_pin_read(TCH) == 1) { 
     //等待按键释放 while(nrf_gpio_pin_read(TCH) == 1); return 0; } else return 1; } else return 1; } 

main.c 操作内容跟之前一样。

#include "nrf52.h" #include "nrf_gpio.h" #include "led.h" #include "key.h" int main() { 
     LED_Init();//LED初始化 KEY_Init();//按键初始化 while(1) { 
     if(TCH_Down() == 0)//判断按键是否按下 { 
     LED_Toggle();//按键按下，LED状态翻转 } } return 0; }