大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。
IO接口编程
作者： Saint 掘金：https://juejin.im/user/5aa1f89b6fb9a028bb18966a 微博：https://weibo.com/5458277467/profile?topnav=1&wvr=6&is_all=1 GitHub：github.com/saint-000 CSDN: https://me.csdn.net/qq_40531974
一、实验目的 1.掌握ARM的GPIO，UART接口工作原理。 2.学习编程实现GPIO接口的控制及ARM和PC机的UART通信。 3.掌握ARM裸机下C语言编程方法。
二、实验内容 1.学习串行通信原理，了解串行通信控制寄存器。 2.实现I/O接口编程。
三、实验步骤 1.数码管实验
1.双击打开对应工程文件夹下的vivado project file 2.在File菜单下选择Export，点击包括比特流，点击OK 3.在File菜单下选择luanch SDK，打开SDK软件 4.新建工程并命名，类型选择Empty Application 5.在新建的工程中添加源文件，新建Source File 6.为文件命名，注意要跟上文件类型.c，点击Finish 7.补全seg_test.c文件中缺失的代码，添加至源文件中：需完成的功能： 使用开关控制右四位数码管显示数字0~9，当值大于9时，数码管无显示 其中开关从右至左为低位至高位，开关开状态为1，关状态为0，开关组成的2进制值对 应数码管上显示的十进制数值 8.点击保存,软件自动编译程序 9.用USB数据线将开发板2处接口与电脑主机连接，打开板子电源开关7，开发板1处拨码开关全部打到”on” 10.在vivado中点击左下角Open Hardware Manager，选择open target， 再选择Auto Connection 11.点击Program device，在弹出的窗口中找到工程的比特流，比特流文件在工程中的路径为：project_name/project_name.runs/impl_1/system_wrapper.bit，如下图，点击Program下载比特流到板子 12.运行程序 13.拨动开关，观察数码管上的显示 14.可使用debug调试程序，具体参见实验二
2.UART串口实验
1.双击打开对应工程文件夹下的vivado project file 2.在File菜单下选择Export，点击包括比特流，点击OK 3.在File菜单下选择luanch SDK，打开SDK软件 4.新建工程并命名，类型选择Empty Application 5.在新建的工程中添加源文件，新建Source File 6.为文件命名，注意要跟上文件类型.c，点击Finish 7.补全common_uart.c文件中缺失的代码，添加至源文件中，需完成的功能： 通过PL上的UART串口发送单个字符，接收后向串口回传该字符，若收到的字符为“x”，则退出程序 8.点击保存,软件会自动编译程序 9.用USB数据线将开发板2处UART接口与电脑主机连接，将5上方的USB口用双头USB线连接至主机，打开板子电源开关7 10.在vivado中点击左下角Open Hardware Manager，选择open target， 再选择Auto Connection 11.点击Program device，在弹出的窗口中找到工程的比特流，比特流文件在工程中的路径为：project_name/project_name.runs/impl_1/system_wrapper.bit，如下图，点击Program下载比特流到板子 12.计算机→管理，在设备管理器→端口里查看Silicon Labs CP210x USB to UART Bridge对应的端口号 13.打开串口调试助手，将串口设置为该端口号，将波特率设为9600，其余配置不改变，然后打开串口 14.运行程序 15.在串口助手里，输入字符，点击TX发送，在左上方的框里看是否有接受到正确的字符
四、实验结果 实验1.在搭建好的工程文件下编写实验程序，实现对数码管的位选和段选的控制。实验截图如下：
实验代码如下：
代码语言：javascript复制#include"xparameters.h"
#include"xgpio.h"
#include"xil_cache.h"
//设备ID
#define GPIO_SEG_W_DEVICE_ID 1
#define GPIO_SW_DEVICE_ID 2
#define GPIO_SEG_D_DEVICE_ID 0
//通道号
#define SEG_CHANNEL 1
//指向设备的指针
XGpio GpioOutput0; //位选对应寄存器
XGpio GpioOutput1; //段选对应寄存器
XGpio GpioInput;//按键对应寄存器
u32 flag=0;
u32 DataRead;
int Gpio_w_seg(u16 Deviceid)
{
int w;
int status;
/*请补全代码，给w赋值*/
w=15;
status=XGpio_Initialize(&GpioOutput0,Deviceid);
if(status !=XST_SUCCESS)
{
return XST_FAILURE;
}
XGpio_SetDataDirection(&GpioOutput0,SEG_CHANNEL,0x0);
XGpio_DiscreteWrite(&GpioOutput0,SEG_CHANNEL,w);
return XST_SUCCESS;
}
int Gpio_d_seg(u16 Deviceid,u32 data)
{
u32 a;
int status;
status=XGpio_Initialize(&GpioOutput1,Deviceid);
if(status !=XST_SUCCESS)
{
return XST_FAILURE;
}
/*设置GPIO为输出*/
XGpio_SetDataDirection(&GpioOutput1,SEG_CHANNEL,0x0);
switch(data)
{
case 0 :a=0x3f;
break;
/*补全余下代码，定义data为1~9时对应的数码管值*/
case 1 :a=0x06;
break;
case 2 :a=0x5b;
break;
case 3 :a=0x4f;
break;
case 4 :a=0x66;
break;
case 5 :a=0x6d;
break;
case 6 :a=0x7d;
break;
case 7 :a=0x07;
break;
case 8 :a=0x7f;
break;
case 9 :a=0x6f;
break;
}
/*向数码管寄存器中写入值*/
XGpio_DiscreteWrite(&GpioOutput1,SEG_CHANNEL,a);
return XST_SUCCESS;
}
u32 Gpio_sw(u16 Deviceid,u32 *DataRead)
{
int Status;
Status = XGpio_Initialize(&GpioInput, Deviceid);
if (Status != XST_SUCCESS)
{
return XST_FAILURE;
}
/*补全代码，读取并返回按键的值*/
return XGpio_DiscreteRead(&GpioInput, SEG_CHANNEL);
}
void main()
{
while(1)
{
flag =Gpio_sw(GPIO_SW_DEVICE_ID,&DataRead);
Gpio_w_seg(GPIO_SEG_W_DEVICE_ID);
if(flag < 10)
{
Gpio_d_seg(GPIO_SEG_D_DEVICE_ID,flag);
}
else
{
/*补全代码，使数码管不显示*/
XGpio_Initialize(&GpioOutput0,GPIO_SEG_D_DEVICE_ID);
XGpio_SetDataDirection(&GpioOutput1,SEG_CHANNEL,0x0);
XGpio_DiscreteWrite(&GpioOutput1,SEG_CHANNEL,0x0000);
}
}
}实验现象如下图：
实验2. ARM C语言实现串口通信实验。实验代码如下：
代码语言：javascript复制#include "xparameters.h"
#include "xil_printf.h"
#include "sleep.h"
#include <stdio.h>
#include "xil_io.h"
#define uart_bas_addr 0x42c00000
#define uart_rxd_addr 0x42c00000//接收数据输入地址
#define uart_txd_addr 0x42c00004//发送数据输出地址
#define uart_stat_addr 0x42c00008 // 串口状态寄存器
#define uart_ctrl_addr 0x42c0000c
int main()
{
while(1)
{ /*补全代码，接收字符并回传，当接收到字符x时退出程序*/
static int a;
if((Xil_In8(uart_stst_addr))&0x01==1)//判断串口状态寄存器的最低位是否为1
{
a=Xil_In8(uart_txd_addr, a);//若为1，接收串口数据，并赋给一个变量
if(a=='x')//将接收到的数据回传
{
break;//判断接收到的数据是否位‘x’，若是，跳出while循环
}
}
}
return 0;
}实验截图如下：
五、实验总结 1.知道八段数码管由“位选”和“段选”两块电路驱动以及引脚约束条件。 2.理解了接口函数的用法。 3.用串口助手修改波特率，连接开发板的UART进行匹配打印返回值
实验心得： （1）串口通信的实验明显要比之前的实验要难了,代码的数量明显变多了 。头文件里有很多的代码,比之前的实验的代码要多的多。 但是只要认真的去看代码,使用编译器自带的查找功能找到关键的函数,很容就看懂代码本身的意思。 （2）串口通信的概念，即串口按位（bit）发送和接收字节。通过这次实验，我掌握了串口的使用方法，串口初始化，发送数据和接收数据，为以后的实验奠定了基础。通过有关书籍，我了解到嵌入式系统中串口是一个重要的资源，常用来做输入输出设备。 （3）UART(通用异步收发器)结构包括波特率发生器，发送器，接收器以及控制单元； 有同时代表收发缓冲区状态的只读UTRSTAT寄存器,和其他收发数据，设计相应收发模式查询方式的寄存器； 实验过程就是对发送数据格式，端口，寄存器等初始化，接收数据(接收缓冲区接收到数据)，发送数据(发送缓冲区为空)的处理。
六、实验思考题 （1）查看相关寄存器，思考怎么配置UART时钟信号？ 改变ulcon的值可以配置UART配置寄存器。我们实验室用的芯片xc7z020clg484-1，所以我们查看xc7z020的数据手册，查看CLOCK&POWER MANAGEMENT和UART模块相关配置时钟信号的寄存器来确定时钟信号。
（2） 要实现控制数码管闪烁的功能，有什么办法可以完成？ 可以向命令寄存器写入闪烁控制命令，也可以通过向命令寄存器中写入“下载数据并译码(Download)”命令来完成，因为该命令的底八位的D6位可以控制数码管的闪烁。
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