实验一 GPIO流水灯

CM4实验报告

实验目的

• 把CCS安装好，熟悉CCS操作，编译界面
• 创建工程，开始学习TM4C1294软件开发过程
• 了解GPIO的概念，学会查找端口功能，调用GPIO库函数让LED跑起来

实验原理

• 在启用GPIO模块之前，必须先启用GPIO模块的时钟，所以除了需要调用的GPIO模块使能，还要设定系统时钟。
• 第一次试验不涉及中断，主要了解GPIO端口要在使用之前初始化和配置，如果要用寄存器的方式来调整，需要查手册看模式和设置对应的配置，我们的实验中使用库函数进行配置。

系统时钟

• 系统时钟SysClk可以由板子上的任意一个时钟源直接提供，也可以通过内部主PLL提供，也可以由PIOSC的四分频(4MHz±1%)提供。
• PLL(Phase Locked Loop), 为锁相回路或锁相环， 用来统一整合时脉讯号，使内存能正确的存取资料。PLL用于振荡器中的反馈技术。 许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。
• TM4C1294的四个时钟源分别是
  
  • 精密内部振荡器PIOSC
  • 主振荡器MOSC
  • 低频内部振荡器LFIOSC
  • 休眠模块时钟
• 初始化和配置系统时钟的函数如下：

/*******************************************************************
  * 函数：  Clock_Init()
  * 描述：  配置使能系统时钟
  * 输入值：无
  * 返回值：无
  *****************************************************************/
void Clock_Init(){
     SysCtlClockFreqSet((SYSCTL_XTAL_25MHZ |//外部时钟25MHz
             SYSCTL_OSC_MAIN |//OSC时钟源选择主振荡器作为OSC
             SYSCTL_USE_PLL |//采用锁相环PLL作为系统时钟源
             SYSCTL_CFG_VCO_480), //压控振荡器频率480MHz
             sysClock_Fr);//设定系统频率为sysClock_Fr
}

• 该函数原型是uint32_t SysCtlClockFreqSet(uint32_t ui32Config,
uint32_t ui32SysClock);这里ui32Config表示时钟配置，例如外部时钟，是否使用PLL，时钟源设置等，它的其他可选项如下图：
  

GPIO

• GPIO(General Purpose Input Output)通用输入输出端口，GPIO模块包括15个物理GPIO块，每个GPIO块对应一个单独的GPIO端口，每个端口对应多个管脚。
• GPIO要说分类的话应该算是一种数字化的信息传递方式,或者说操作模式，每个独立管脚可以输入也可以输出，用户可以通过指令修改（用库函数修改状态寄存器或直接修改寄存器）来配置数据方向操作,方向为输入时，数据寄存器是处在一种读取管脚状态的模式，对应方向输出时用户可以改变GPIO端口状态。
• 每一个管脚的状态独立，不会影响其它管脚的状态。
• 可以快速切换，每个时钟周期、实现一次变化。
• 我们要做的流水灯实验是按心情点亮板子TM4C1294上的八个led，他们的对应端口如下：

• 内部上电复位时所有GPIO管脚都被配置成无驱动模式，具体过程配合代码叙述。

/*******************************************************************
  * 函数：  LED_Init()
  * 描述：  LED的配置及初始化
  * 输入值：无
  * 返回值：无
  *****************************************************************/
void LED_Init()
{
    //使能GPIOF和GPIOL模块
    SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOF);
    SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOL);
    //将8盏LED配置为输出模式(GPIO管脚方向)
    GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTF_BASE,               
            GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3);
    GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTL_BASE,  
            GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4);
}

实现功能

• LED灯正着亮反着亮乱七八糟亮。

实验代码

• 控制LED亮

/*******************************************************************
  * 函数：  LED_ON(uint8_t NumLED)
  * 描述：  点亮某一盏LED灯
  * 输入值：uint8_t NumLED
  * 返回值：无
  *****************************************************************/
void LED_ON(uint8_t NumLED){
switch(NumLED){
case 0: GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_1);break;
case 1: GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_2);break;
case 2: GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_3);break;
case 3: GPIOPinWrite(GPIO_PORTL_BASE,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_0);break;
case 4:GPIOPinWrite(GPIO_PORTL_BASE,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_1);break;
case 5: GPIOPinWrite(GPIO_PORTL_BASE,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_2);break;
case 6: GPIOPinWrite(GPIO_PORTL_BASE,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_3);break;
case 7: GPIOPinWrite(GPIO_PORTL_BASE,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_4);break;
default: ledclose();break;      //让所有灯灭的一个函数
}}

• 控制LED不亮

/*******************************************************************
  * 函数：  LED_OFF(uint8_t NumLED)
  * 描述：  不亮某一盏LED灯
  * 输入值：uint8_t NumLED
  * 返回值：无
  *****************************************************************/
void LED_OFF(uint8_t NumLED){
switch(NumLED){
case 0: GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE,GPIO_PIN_1,0x00);break;
case 1: GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE,GPIO_PIN_2,0x00);break;
case 2: GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE,GPIO_PIN_3,0x00);break;
case 3: GPIOPinWrite(GPIO_PORTL_BASE,GPIO_PIN_0,0x00);break;
case 4: GPIOPinWrite(GPIO_PORTL_BASE,GPIO_PIN_1,0x00);break;
case 5: GPIOPinWrite(GPIO_PORTL_BASE,GPIO_PIN_2,0x00);break;
case 6: GPIOPinWrite(GPIO_PORTL_BASE,GPIO_PIN_3,0x00);break;
case 7: GPIOPinWrite(GPIO_PORTL_BASE,GPIO_PIN_4,0x00);break;
default: ledclose();break;  //让所有等灭的一个函数
}}

• 用到的一个延时函数

/*******************************************************************
  * 函数：   Delay(uint32_t CountMs)
  * 描述：   延时
  * 输入值： uint32_t CountMs
  * 返回值： 无
  *****************************************************************/
void Delay(uint32_t CountMs){
    SysCtlDelay(CountMs*sysClock_Fr/3000);
}

• 有了以上三个函数，在初始化和配置完毕后，就可以随意的控制八个LED了。

实验结论

• 这是一个简单的实验，但是也是我入门的第一个实验，应该说是自从学会右键Open Declaration看库函数名，参数和句柄后，才终于有了点概念，现在的感觉，目前接触的一个模块一个模块的应用，会有问题，但去慢慢查总还是能搞出来。以前华哥说的话现在很有一番体会”首先，小灯跑起来后，剩下的就差不多了“。
• 其实对系统时钟和GPIO还有许多地方不理解：
  
  • 目前遇到的模块都需要先启用一个时钟，现在都是统一使用一个系统时钟，对于分频和各种定时器还是一团乱麻。
  • 板子上要调用什么资源首先要使能，对于GPIO口来说，使能是使能一整个模块，然后再是配置引脚，模块想象成一个基地址，管脚是其偏移地址。
  • GPIO管脚可以配置为输入输出的模式，拉高电平或者低电平起什么效果跟板子上的外设本身的设定有关，也可以焊板子没有的外设上去。
  • 由于引脚复用，外设的输入输出模式要调整为其它方式，这些函数基本都长这个样子：

void GPIOPin Type ADC (uint32_t ui32Port, uint8_t ui8Pins)
void GPIOPin Type CAN (uint32_t ui32Port, uint8_t ui8Pins)
void GPIOPin Type CIR (uint32_t ui32Port, uint8_t ui8Pins)
void GPIOPin Type Comparator
void GPIOPin Type EPI
void GPIOPin Type Ethernet LED
void GPIOPin Type Ethernet MII
void GPIOPin Type GPIOInput
void GPIOPin Type GPIOOutput