简 介： 本文给出了 MicroPython内核开发笔记：书内嵌入实验任务 中的关于单片机端口软件用例部分内容。
关键词： 输入输出，MicroPython，Pin，MM32F3277
- 本书稿内容隶属于 MicroPython内核开发笔记：书内嵌入实验任务 中的内容。
软件用例： PIN模块提供的基本端口输入输出功能。
这部分书稿内容包括有：
- 输出实验：
- 输入实验：
- 书稿内位置：
§01 书稿内容
利用模块 Pin 可以将单片机的 IO 端口配置成输入、输出、附加功能等模式。基本使用语法为：
led = Pin('PB2', mode=Pin.OUT_PUSHPULL)
上面语句将单片机 PB2 管脚配置成推挽输出管脚，并定义为变量 led 。其中 Pin 的第一个参数为单片机管脚命名字符串，第二个参数为管脚模式。可以使用的管脚输出模式包括：
| 序号 | 模式名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | IN_ANALOG | 作为 AD 模拟量输入端口 |
| 2 | IN_FLOATING | 高阻输入端口 |
| 3 | IN_PULLDOWN | 带有下拉电阻输入端口 |
| 4 | IN_PULLUP | 带有上拉电阻输入端口 |
| 5 | OUT_OPENDRAIN | 漏极开路输出端口 |
| 6 | OUT_PUSHPULL | 推挽输出端口 |
| 7 | AF_OPENDRAIN | 漏极开路附加功能端口 |
| 8 | AF_PUSHPULL | 推挽输出附加功能端口 |
设置输出管脚高低电平有以下几种方法，以 led 端口为例。
- 设置高电平：led(1)，led.on()，led.value(1)
- 设置低电平：led(0)，led.off()，led.value(1)
读取端口逻辑电平的方法有以下几种，以 led 端口为例。
key = Pin("PC1", Pin.IN_PULLUP)
print(key.value())
print(key())
一、PIN输出实验
1、LED闪烁实验
单片机的 IO 端口驱动外部 LED 有两种模式：
- 输出电流驱动模式；
- 输入电流驱动模式；
在下面实验中使用的是输出电流驱动模式完成对外部LED驱动。
▲ 图1.1.1 单片机驱动LED两种模式
左：输出电流驱动模式；右：输入电流驱动模式
利用 Pin 控制单片机管脚高低电平，驱动外部 LED 闪烁。实验硬件平台是简易实验板，其中 PB2 连接外部 LED。 高电平点亮，低电平熄灭。
实验软件代码如下：
from machine import Pin
def delay(loop=10000):
for _ in range(loop):
pass
led = Pin('PB2', mode=Pin.OUT_PUSHPULL)
print('Test LED.')
while True:
led(1)
delay(50000)
led(0)
delay(50000)
软件中，首先将 PB2 定义成 输出管脚，模式为推挽输出。当它为高电平时，可以输出电流点亮LED。 管脚输出包括两种模式：
- OUT_PUSHPULL：推挽模式；
- OUT_OPENDRAIN：漏极开路模式；
采用输出电流驱动LED，只能选择 PUSHPULL模式；采用输入电流驱动LED，则上述两种模式都是可以使用的。
请注意，在这个软件例子中，编写了 delay 实现软件延时。在本书后面，将会介绍内部定时器模块 time，将来 delay 子程序可以使用 time 模块中的 sleep 相关函数替代。
▲ 图1.1.2 LED闪烁运行情况
2、单个管脚控制两个LED
这个实验的目的是展示单片机输出管脚配置成两种不同的输出模式（推挽模式和漏极开路模式）的区别。单片机输出管脚为低电平时，两种模式都可以从外部吸收电流；单片机输出管脚为高电平是，推挽模式可以输出电流，但漏极开路模式则相当于高阻状态。
在特殊情况下，需要单片机 一个 IO 口可以同时独立控制两个 LED 的状态。下面实验就是利用 LED 的单向导电特性以及导通电压阈值特性来实现单个 IO 口独立控制两个 LED 状态。实验电路原理图如下：
▲ 图1.1.3 单个IO口控制两个LED实验电路
电路中采用的两个 LED 是白色或者蓝色LED，它们点亮电压都超过2.5V，所以单片机电压 VCC=3.3V 不足以直接驱动两个串联的 LED 。当单片机输出为高阻时，两个 LED db 熄灭；当单片机管脚输出为低电平时，LED1点亮；当单片机管脚输出为高电平是，LED2点亮；当单片机管脚以较高频率交替输出高、低电平时，LED1、LED2 将会同时被点亮。
from machine import Pin
import time
led = Pin("PC0", mode=Pin.OUT_OPENDRAIN)
led(1)
ledstatus = 0
def ledout(status):
global led
if status == 0:
led = Pin("PC0", mode=Pin.OUT_OPENDRAIN)
led(1)
else:
led = Pin("PC0", mode=Pin.OUT_PUSHPULL)
if status == 1:
led(1)
elif status == 2:
led(0)
else:
led(1-led())
print("Test two LEDs.")
count = 0
while True:
ledout(ledstatus)
count += 1
if count >= 200:
count = 0
ledstatus += 1
if ledstatus >= 4: ledstatus = 0
time.sleep_ms(5)
在上述程序中，主循环程序使用了 time.sleep_ms 函数进行延迟，每隔 5ms 通过函数 ledout 改动 LED 控制端口 led 的设置和状态。 在 ledout 函数中， 根据输入 status 取值 0,1,2,3， 分别设置 led 为 高阻输出、高电平、低电平以及状态切换。
主循环内，每隔 1 秒钟对 led 状态在 0、1、2、3 之间进行切换，对于外部的两个 LED 则分别处在 全灭、LED1 亮、LED2 亮、全点亮。
▲ 图1.1.4 单个IO口控制两个LED分别点亮
二、PIN输入实验
1、按钮控制LED
选取单片机 PC1 设置为按键输入端口，使用其状态控制 LED 的点亮。
▲ 图1.2.1 利用输入端口控制LED状态
实验代码如下：
from machine import Pin
led = Pin("PC0", Pin.OUT_PUSHPULL)
key = Pin("PC1", Pin.IN_PULLUP)
while True:
led(key())
直接使用输入端口 key() 获得输入端口状态， 将其取值改变 led 输出的电平。由于输入端口通过按键接地线，所以在初始化 key 的时候，使用的是带有上拉电阻的输入模式。
▲ 图1.2.2 通过按键改变LED的状态
2、输入端口的电压特性
单片机 MM32F3277 管脚作为 IO 输入端口，输入特性相当于一个比较器，比较器阈值为工作电压的一半（3.3/2 = 1.65V）。当输入电压大于阈值时，输入逻辑电平为1，当输入电压小于阈值时，输入逻辑为 0 。
使用可编程数字直流电压施加在单片机输入端口 PC1， 仍旧运行上面按键程序，将 PC1 输入逻辑电平通过 PC0 输出。测量输入端口电压特性电路图如下图所示。
▲ 图1.2.3 测试输入端口电压特性
使用万用表测量输入电压与输出电平之间的关系，如下图所示。 可以看到当输入端口电压大于1.65V时，输出为高电平；小于1.65V时，输出为低电平。
▲ 图1.2.4 输入电压IN与输出电压
在本章实验中安排输入端口特性，是为在下一章 utime 实验中，使用 Pin 的输入特性来测量一些物理量做准备。
※ 总 结 ※
本文给出了 MicroPython内核开发笔记：书内嵌入实验任务 中的关于单片机端口软件用例部分内容。
一、改进建议
现在这个版本， 无法允许直接通过 Pin.mode 对 Pin的属性进行修改。 比如：
led = Pin("PC0", mode=Pin.OUT_OPENDRAIN)
使用 led.mode = Pin.OUT_OPENDRAIN 则是非法的。
建议增加通过 led.mode 直接修改，可以提高程序的执行效率。
■ 相关文献链接:
● 相关图表链接: