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DSP原理与应用教案（4）教学课时：4学时四、数字量I/O模块4.1 数字量I/O端口概述F2407系列有多达41个通用、双向的数字量I/O（GPIO）引脚，其中大多数都是基本功能和一般I/O复用引脚。大多数I/O引脚都可用来实现其他功能。数字量I/O端口模块采用了一种灵活的方法，可实现控制专用I/O和复用I/O引脚的功能。所有专用I/O和复用I/O引脚的功能都可通过9个16位控制寄存器来设置。可分为两类： I/O端口复用控制寄存器（MCRx） 用来控制选择I/O端口作为基本功能或一般I/O引脚功能。数据和方向控制寄存器（PxDATDIR） 当I/O端口用作一般I/O引脚功能时，用数据和方向控制寄存器可控制数据和双向I/O引脚的数据方向。这些寄存器直接与双向I/O引脚相连。4.2 数字量I/O端口寄存器图4-1给出了F2407系列I/O端口复用引脚配置简图。可见寄存器单元的配置与实际I/O引脚的内部结构之间的联系。表4-1列出了数字量I/O模块可用的寄存器单元。这些寄存器被储存器映射到数据空间，地址为7090h709Fh。寄存器单元中保留的位是无效的，读时为0，写对其无影响。图4-1 复用引脚配置简图表4-1 数字量I/O端口寄存器地址存储寄存器说明地址存储寄存器说明7090hMCRAI/O端口复用控制寄存器A709ChPCDATDIRI/O端口C数据和方向寄存器7092hMCRBI/O端口复用控制寄存器B709EhPDDATDIRI/O端口D数据和方向寄存器7094hMCRCI/O端口复用控制寄存器C7095hPEDATDIRI/O端口E数据和方向寄存器7098hPADATDIRI/O端口A数据和方向寄存器7096hPFDATDIRI/O端口F数据和方向寄存器709AhPBDATDIRI/O端口B数据和方向寄存器4.2.1 I/O端口复用输出控制寄存器 表4-2 I/O端口复用控制寄存器A（MCRA）配置表4-2 I/O端口复用控制寄存器A（MCRA）配置（续）表4-3 I/O端口复用控制寄存器B（MCRB）配置表4-3 I/O端口复用控制寄存器B（MCRB）配置（续）表4-4 I/O端口复用控制寄存器C（MCRC）配置4.2.2 I/O端口数据和方向寄存器 F2407系列共有6个数据和方向控制寄存器（PxDATDIR）。当I/O端口用作通用I/O功能时，用数据和方向控制寄存器可控制数据和到双向I/O引脚的数据方向。这些寄存器直接与I/O引脚相连。当I/O用作基本功能时，这些寄存器的设置对相应的引脚无影响。4.3 数字量I/O端口应用4.3.1 I/O端口作为输出下面的设计是一个F2407与发光二极管的接口电路及应用。用发光二极管作指示灯是控制系统中一种常用的方法。ABCOE1OE2AOE2BGNDGND74LVC138VccY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7GNDVccKEYCLEDCLK1615141312111097GND1236458GNDIOPA3IOPA4IOPA5VccGNDPWM3/IOPB0PWM4/IOPB1PWM5/IOPB2PWM6/IOPB3T1PWM/T1CMP/IOPB4T2PWM/T2CMP /IOPB5TDIRA/IOPB6TCLKINA/IOPB7CAP3/IOPA5CAP2/QEP2/IOPA4CAP1/QEP1/IOPA3TMS320LF2407757983ResetLEDCLK52 IOPB047 IOPB144 IOPB240 IOPB316 IOPB418 IOPB514 IOPB637 IOPB7CLRCLK1D2D3D4D5D6D7D8DGNDVccGNDY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7GNDVccGNDLED0LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED72010256912151619GND111347813141718GND74HC273GNDR754.7KLED0LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7R76R77R78R79R80R81R82R83300300300300300300300300GNDS1S2S3S4S5S6S7S8KEYCVccA0A1A2A3A4A5A6A7EDIRGNDB0B1B2B3B4B5B6B7IOPB0IOPB1IOPB2IOPB3IOPB4IOPB5IOPB6IOPB7181716151413121111134781314191GND74LVC245R7410KVcc8键输入R684.7K S1K1R694.7K S2K2R704.7K S3K3R714.7K S4K4R724.7K S5K5R734.7K S6K6R744.7K S7K7R754.7K S8K8VccGND图4-2 F2407与键盘、LED接口电路设计电路如图4-2所示。74HC273用于驱动8个二极管，CLR接F2407的复位引脚，使在复位时74HC273输出为低电平，不点亮发光二极管。F2407的IOPCA3、IOPCA4及IOPCA5分别接74LVC138的A、B及C输入，通过其Y7选通CLK作为74HC273的控制信号。当Y7输出为高时，74HC273的输出有效（即输出信号反映输入的内容）；当Y7输出为低时，输出无效（即输入变化时输出不变）。用IOPB端口来控制发光二极管的亮灭（某位为高则相应的LED发光，某位为低则相应的LED熄灭）。编制程序时，通常先向IOPB端口发送需要显示的数据，再通过Y7发送一个脉冲，循环点亮8个发光二极管。1、汇编程序设计 下面给出的程序用来循环点亮8个发光二极管。在此用软件延时的方法来调节发光二极管的延时间隔。源程序代码：IOSFT_REG.usect .data0,1;要显示的数据寄存器.include F2407REGS.H;引用头部文件 .def _c_int0 .text_c_int0: ;相当于主程序的入口CALL SYSINIT ;调系统初始化程序LDP#DP_PF2;指向7080h7100h区LACL MCRAAND#000FFH;IOPB口配置为一般I/O功能SACL MCRALACL MCRAAND#0FF00H;IOPA 配置为一般I/O功能SACL MCRA LACL PBDATDIROR#0FF00H;IOPB口设置为输出方式SACL PBDATDIR LACL PADATDIROR#0FF00H SACL PADATDIR ;IOPA 设置为输出方式LDP#5H;指向0280h0300h区SPLK #80H,IOSFT_REG;给显示的数据赋初值LOOP:LDP#DP_PF2LACL PADATDIRAND#0FFC7H;138 select ch0,ledclk=1 SACL PADATDIR ;开74HC273片选信号LDP#5HLACL IOSFT_REGLDP#DP_PF2 OR #0FF00HSACL PBDATDIR ;送要显示的数据到IOPB口 LACL PADATDIR OR#0038H ;138 select ch7,ledclk=0SACL PADATDIR ;关74HC273片选信号 CALL DELAY;调延时程序LDP#5HLACL IOSFT_REGBITIOSFT_REG,BIT0;判是否循环完一次,即已点亮第8个发光二极管ROR;左移一位SACL IOSFT_REGBCND LOOP1,TCBWAITLOOP1:LDP#5HSPLK #80H,IOSFT_REG;如循环完一次则显示数据赋初值WAIT:NOPBLOOP;（2）系统初始化程序SYSINIT:SETC INTM CLRC SXM CLRC OVMCLRC CNF;B0 被配置为数据存储空间 LDP #0E0HSPLK #81FEH, SCSR1 ;CLKIN=6 M,CLKOUT=24 M SPLK #0E8H, WDCR;不使能WDTLDP#0SPLK #0000H,IMR;不使能SPLK #0FFFFH,IFR;清全部中断标志RET;（3）软件延时程序DELAY:MAR *, AR4LARAR4, #0FFFEHLARAR0, #00HDELAY1:SBRK #1NOPCMPR 00BCND DELAY1,NTC RET2、C语言程序设计下面给出的程序用来循环点亮8个发光二极管。在此用软件延时的方法来调节发光二极管的延时间隔。关于该程序的几点说明如下：（1）该程序中所有与DSP硬件有关的寄存器都用指针方式寻址，这与文件register.h中DSP寄存器的定义相对应。（2）XSM、OVM、CNF和INTM等位于ST0或ST1寄存器中，而这两个寄存器在数据存储器中无直接映射地址，所以对这些位的操作应该嵌入汇编语句。（3）寄存器PBDATDIR的高8位是IOPB端口数据流动方向的设置，设置完成后一般不再改变；低8位是数据内容，在该程序中若改变其内容，则可实现LED的循环显示。若直接通过PBDATDIR移位的方式实现其数据内容的变化，则很不方便（因为移位时高8位也要移动），因此在程序中设置了另外一个寄存器led，其高8位为0，低8位存储需要显示的数据。用C语言指令“led=led1”实现数据右移一位。每次须改变LED的显示内容时，用指令“PBDATDIR= PBDATDIR&0x0FF00”屏蔽掉其数据位，再用指令“PBDATDIR= PBDATDIR | led”把需要显示的数据赋给IOPB端口即可。源程序代码：/ 该程序用于实验演示模板上的8个LED的循环显示#include register.h main() / 初始化子程序 int led; int i,k; asm( setcSXM);/ 抑制符号位扩展asm( clrcOVM);/ 累加器中结果正常溢出asm( clrcCNF);/ B0被配置为数据存储空间asm( setcINTM);/ 禁止所有中断SCSR1=0x81FE;/ CLKIN=10M，CLKOUT=4*CLKIN=40MWDCR=0x0E8;/ 不使能看门狗，因为SCSR2中的WDOVERRIDE / 可以用软件禁止看门狗IMR=0x0000;/ 禁止所有中断IFR=0x0FFFF;/ 清除全部中断标志，写1清0MCRA=MCRA&0x00c7;/ IOPA3,IOPA4,IOPA5,IOPB端口配置为一般的I/O功能，TMS320LF240x的/ 端口均为8位，MCRA为16位因此控制了IOPA和IOPB的设置 PBDATDIR=0x0FF00;/ IOPB端口设置为输出方式,熄灭全部的LED PADATDIR=PADATDIR&0x0FF00;PADATDIR=PADATDIR|0x0FF38;/ IOPA3,IOPA4,IOPA5 设置为输出方式，且LEDCLK=1while(1)for(led=0x0080,i=0;i1,i+) PBDATDIR=PBDATDIR&0x0FF00;/首先屏蔽B口的各位 PBDATDIR=PBDATDIR|led;/把需要显示的值给IOPB端口 PADATDIR=PADATDIR&0x0FF00; PADATDIR=PADATDIR|0x0FF38;/ LEDCLK=1 for(k=0;k0x0fffe;k+) k=k; / 直接返回中断服务程序void interrupt nothing( ) return;4.3.2 键盘与发光二极管配合使用程序下面的设计是一个F2407与键盘和发光二极管的接口电路及应用。有8个键和8个发光二极管，键盘的值先用IOPB端口直接读取，即相应的I/O用作输入方式；把IOPB端口作为输出方式，去点亮8个发光二极管。其电路如图4-2所示。键盘K1K8分别对应于I/O端口IOPB0IOPB7。如果按下8个键盘中的某个按键，则相应的发光二极管点亮。用查询的方式来读取键值。当S1键按下时，就点亮发光二极管LED0。S1键对应的输入I/O引脚为IOPB0。在IOPB0作为一般I/O输入的情况下，若S1键按下，则端口B数据和方向控制寄存器（PBDATDIR）的第0位为0。经过延时消抖动后，若PFDATDIR.0仍为0，则表示S1键按下。1、汇编程序设计KEYXS.usect .data0,1;LED显示的数据KEYDATA.usect .data0,1;前次LED显示的数据DP_USER.set5.include F2407REGS.H ;引用头部文件 .def _c_int0; ;（2）主程序 .text_c_int0 CALL SYSINIT;调系统初始化程序LDP#DP_USER;指向0280h0300h区SPLK #0000H,KEYXS ;给要显示的数据赋初值 B LED ;使LED全部熄灭LOOP:CALL KEY;调键盘程序,即扫描键盘LED: LDP#DP_PF2 ;选页LACL PADATDIR ;将PADATDIR装载到ACC的低16位OR#00038H;LEDCLK=0SACL PADATDIR ;开74HC273片选信号LDP#DP_USERLACL KEYXSOR#0FF00H;IOPB口为输出方式LDP#DP_PF2SACL PBDATDIR ;送要显示的数据到IOPB口LACL PADATDIROR#0ff10H;LEDCLK=1AND #0ff10HSACL PADATDIR ;关74HC273片选信号CALL KEYDELAYWAIT:RPT #7 ;延时 NOPBLOOP ;跳转,循环查键; ;（3）系统初始化程序SYSINIT:SETC INTM CLRC SXM SETC OVM CLRC CNF ;B0 被配置为数据存储空间 LDP #0E0H SPLK #81FEH,SCSR1 ;CLKIN=6 M,CLKOUT=24 M SPLK #0E8H,WDCR;Disable WDT LDP#0SPLK #0000H,IMR;不使能中断SPLK #0FFFFH,IFR;清全部中断标志RET; ;（4）键盘初始化程序KEYINIT:LDP#DP_PF2LACL MCRAAND#000c7H;IOPA3,IOPA4,IOPA5,IOPB端口配置为一般的I/O功能SACL MCRALACL PBDATDIRAND#0000H;IOPB端口设置为输入方式SACL PBDATDIRLACL PADATDIROR#0FF10H;IOPA3,IOPA4,IOPA5 设置为输出方式，且KEYC=1AND #0FF10HSACL PADATDIRRET; ;（5）键盘程序KEY:CALL READKEY;调读键程序LACL KEYXSBCND KEY,EQ ;没有键按下跳转到KEY,循环查键CALL KEYDELAY ;延时消抖动CALL READKEY;再一次读键值LACL KEYXSBCND KEY,EQ ;没有键按下跳转到KEY,循环查键 B LED ;有键按下,跳转到LED,进行显示; ;（6）读键子程序READKEY: CALL KEYINIT ;调键盘初始化程序 LDP#DP_PF2 LACL PBDATDIR ;取出键值PBDATDIR.0PBDATDIR.3 OR #0FF00H ;屏蔽高8位 CMPL ;取反 LDP#DP_USER SACL KEYXS ;存放键值 RET ;返回; ;（7）用软件延时30mS消抖动KEYDELAY: LACC #6000KEYD1: SUB #1 RPT #80 NOP BCND KEYD1,NEQ RET; ;（10）假中断程序PHANTOM KICK_DOG;复位看门狗RETEND2、C语言程序设计/ 该程序用于实验演示模板上的8个LED的显示#include register.h int j,k;main() / 初始化子程序 asm( setcSXM);/ 抑制符号位扩展asm( clrcOVM);/ 累加器中结果正常溢出asm( clrcCNF); / B0被配置为数据存储空间asm( setcINTM);/ 禁止所有中断SCSR1=0x81FE;/ CLKIN=10M，CLKOUT=4*CLKIN=40MWDCR=0x0E8; / 不使能看门狗，因为SCSR2中的WDOVERRIDE / 软件禁止看门狗IMR=0x0000;/ 禁止所有中断IFR=0x0FFFF;/ 清除全部中断标志，写1清0MCRA=MCRA&0x00c7; / IOPA3,IOPA4,IOPA5,IOPB端口配置为一般的I/O功能，TMS320LF240x的 / 端口均为8位，MCRA为16位因此控制了IOPA和IOPB的设置 PBDATDIR=0x0FF00; / IOPB端口设置为输出方式 PADATDIR=PADATDIR|0x0FF38;PADATDIR=PADATDIR&0x0FF00; /IOPA3,IOPA4,IOPA5 设置为输出方式，且LEDCLK=1 PADATDIR=PADATDIR|0x0FF10; / IOPA3,IOPA4,IOPA5 设置为输出方式，选通KEYCwhile(1) PBDATDIR=PBDATDIR&0x00ff; k=PBDATDIR&0x00FF; if(k=0x00FF) k=0; else k=1; if(k=1) for(j=0;j3000;j+) ; k=PBDATDIR&0x00FF; if(k=0x00FF) k=0; else k=1; if(k=1) k=PBDATDIR&0x00FF; switch(k) case 0x00FE:PBDATDIR=(PBDATDIR&0x0FF00)|0x0FF01; break; /按下S1点亮led1 case 0x00FD:PBDATDIR=(PBDATDIR&0x0FF00)|0x0FF02; break; /按下S2点亮led2 case 0x00FB:PBDATDIR=(PBDATDIR&0x0FF00)|0x0FF04; break; /按下S3点亮led3 case 0x00F7:PBDATDIR=(PBDATDIR&0x0FF00)|0x0FF08; break; /按下S4点亮led4 case 0x00EF:PBDATDIR=(PBDATDIR&0x0FF00)|0x0FF10; break; /按下S5点亮led5 case 0x00DF:PBDATDIR=(PBDATDIR&0x0FF00)|0x0FF20; break; /按下S6点亮led6 case 0x00BF:PBDATDIR=(PBDATDIR&0x0FF00)|0x0FF40; break; /按下S7点亮led7 case 0x007F:PBDATDIR=(PBDATDIR&0x0FF00)|0x0FF80; break; /按下S8点亮led8 default: PBDATDIR=PBDATDIR; PADATDIR=PADATDIR|0x0FF38; PADATDIR=PADATDIR&0x0FF00; /IOPA3,IOPA4,IOPA5 设置为输出方式，且LEDCLK=1 PADATDIR=PADATDIR|0x0FF10; / 直接返回中断服务程序void interrupt nothing( ) return;开始系统初始化：状态、控制位配置系统配置端口配置：IOPA、IOPB配置为一般I/O功能IOPA、IOPB配置为输出方式数据初始化：显示数据赋初值（80H）使LEDCLK=“0”即选通138的Y7送显示数据到PB口使LEDCLK=“1”即不选通138的Y7显示数据进入273到其输出软件延时显示数据位0到TC显示数据右移一位保存显示数据TC=1?显示数据赋初值（80H）NYAABB4.3.3 光电隔离的8路开关量输入与8路开关量输出电路下面的设计，利用DSP的I/O端口IOPB0IOPB7与74LVC245构成8路开关量输入通道。同时DSP的I/O端口IOPB07与74HC273锁存器构成8路开关量输出通道。其中DSP的I/O端口IOPA35这3个信号作为74LVC138的输入信号，经138译码器输出一个信号来使能74LVC245，从而控制I/O端口IOPB07输入8路开关量信号，或者经138译码器输出一个信号来控制74HC273锁存器，从而使I/O端口IOPB07输出8路开关量信号被锁存到74HC273的寄存器中。调试时，可以适当地选择连接光电耦合二极管串联的电阻值，使光电耦合器件可靠导通，实现不同电压等级下的电平匹配与电气隔离，从而模拟实际控制过程中的光电隔离型开关量输入。此时，光电耦合器件的Vin接5V电压，其IN07为8路开关量输入，OUT07为8路开关量输出。开关量输入为低电平时