2. GPIO 使用

📝本节您将了解 GPIO（通用输入/输出端口）的基本概念，学习如何通过 SysConfig 配置引脚功能，掌握输出模式控制 LED 和输入模式读取按键状态的方法。

🏆本章目标

1️⃣ 理解 GPIO 输入与输出模式的工作原理

2️⃣ 通过 SysConfig 配置 GPIO 引脚

3️⃣ 使用 DriverLib 函数控制 LED 亮灭

4️⃣ 读取按键状态实现按键控制 LED

2.1 GPIO 基本概念

GPIO（General Purpose Input/Output）即通用输入/输出端口，是微控制器最基础的外设接口。每个 GPIO 引脚可以被配置为输入或输出模式：

• 输出模式：MCU 主动控制引脚电平状态（高电平 3.3V 或低电平 0V），用于驱动 LED、控制继电器、产生信号等
• 输入模式：MCU 读取引脚上的外部电平信号，用于检测按键状态、读取传感器信号等

高低电平

在 MSPM0G3519 中：

• 高电平：引脚电压接近 VDD（3.3V）
• 低电平：引脚电压接近 GND（0V）

MCU 通过检测或控制这两种电平状态来实现与外部电路的交互。

上下拉电阻

当 GPIO 配置为输入模式时，如果引脚悬空（未连接任何电路），其电平状态是不确定的，可能受到周围电磁干扰而随机跳变。为了使悬空引脚保持确定的默认电平，需要配置上拉或下拉电阻：

• 上拉电阻（Pull-Up）：引脚通过电阻连接到 VDD，默认为高电平。外部信号拉低时才变为低电平。
• 下拉电阻（Pull-Down）：引脚通过电阻连接到 GND，默认为低电平。外部信号拉高时才变为高电平。

MSPM0G3519 内部集成了可配置的上拉和下拉电阻，通过 SysConfig 即可设置，无需外部电路。

2.2 LED 驱动原理

LED（发光二极管）是半导体光源，当正向电流流过时发光。在开发板电路中，LED 的驱动方式取决于硬件接法：

• 灌入电流（Active-Low）：LED 阳极接 VDD，阴极通过限流电阻接到 GPIO 引脚。引脚输出低电平时电流流过 LED 导通发光，输出高电平时 LED 熄灭。
• 输出电流（Active-High）：LED 阳极通过限流电阻接到 GPIO 引脚，阴极接 GND。引脚输出高电平时 LED 发光，输出低电平时 LED 熄灭。

限流电阻

LED 对电流敏感，过大电流会导致损坏。通常串联 220Ω ~ 1kΩ 限流电阻来保护 LED。电阻阻值越大，流过电流越小，LED 亮度越暗。

2.3 天巧星 LED 原理图

天巧星开发板的板载 LED 接在 PB22 引脚，电路为 active-low 接法：

• VDD（3.3V）→ 限流电阻 -> LED 阳极 → LED 阴极 -> PB22 引脚

GPIO — LED 电路原理

因此：

• PB22 输出低电平 → LED 导通 → 点亮
• PB22 输出高电平 → LED 截止 → 熄灭

2.4 LED 输出配置

在 CCS 中基于 SDK 创建一个 empty 工程，并重新命名为 gpio。

2.4.1 SysConfig 配置

在 CCS 中打开工程的 .syscfg 文件，进入 SysConfig 图形化配置界面：

1. 左侧面板点击 GPIO 选项卡
2. 点击 ADD 添加一组 GPIO
3. 配置参数：

类别	参数	设置值	说明
端口配置	Name	LED	自定义实例名称
	Port	PORTB	PB22 属于 PORTB
	Port Segment	Upper	引脚 16-31 为上端口
引脚配置	Name	PIN	引脚名称
	Direction	Output	输出模式
	Initial Value	Set	初始高电平（LED 灭）
	Internal Resistor	Pull-Up Resistor	上拉电阻
	Assigned Pin	22	PB22

1. 按 Ctrl + S 保存配置

点击查看截图 — GPIO 引脚参数配置界面

SysConfig GPIO 引脚配置

参数详解

Port Segment：MSPM0 的 GPIO 端口分为上下两段。下端口（Lower）对应引脚 0-15，上端口（Upper）对应引脚 16-31。PB22 对应的引脚号 22 在上端口范围内。

Initial Value：配置引脚上电后的默认电平。选择 Set（高电平），LED 默认为熄灭状态，避免上电瞬间出现不期望的亮灯。

Internal Resistor：为输出引脚配置下拉电阻，确保引脚未被驱动时保持低电平状态。

2.4.2 GPIO 输出相关函数

保存 .syscfg 并编译工程后，SysConfig 自动生成 ti_msp_dl_config.c/h。以下 DriverLib 函数用于控制引脚电平：

GPIO 输出控制函数

void DL_GPIO_setPins(GPIO_Regs* gpio, uint32_t pins)

将指定引脚输出高电平。

示例：DL_GPIO_setPins(LED_PORT, LED_B22_PIN); — LED 熄灭

---

void DL_GPIO_clearPins(GPIO_Regs* gpio, uint32_t pins)

将指定引脚输出低电平。

示例：DL_GPIO_clearPins(LED_PORT, LED_B22_PIN); — LED 点亮

---

void DL_GPIO_togglePins(GPIO_Regs* gpio, uint32_t pins)

翻转指定引脚电平。高变低，低变高。

示例：DL_GPIO_togglePins(LED_PORT, LED_B22_PIN); — LED 状态翻转

2.4.3 LED 闪烁实验

#include "ti_msp_dl_config.h"

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    while (1) {
        DL_GPIO_togglePins(LED_PORT, LED_B22_PIN);
        delay_cycles(16000000);  // 约500ms（32MHz主频）
    }
}

编译下载后，天巧星板载 LED（PB22）以约 500ms 间隔闪烁。

delay_cycles 说明

delay_cycles(n) 是 MSPM0 SDK 提供的 CPU 忙等延时函数，延时 n 个 CPU 时钟周期。

默认主频 32MHz 时：

• delay_cycles(32000000) ≈ 1 秒
• delay_cycles(16000000) ≈ 500ms
• delay_cycles(3200000) ≈ 100ms

该函数为阻塞延时，延时期间 CPU 无法处理其他任务。精确定时场景建议使用硬件定时器。

---

2.5 按键输入原理

独立按键是最常见的人机交互输入器件。其工作原理基于机械触点：

• 未按下：触点断开，电路开路
• 按下时：触点闭合，电路导通

在开发板电路中，按键通常一端接 GND，另一端接 GPIO 引脚。GPIO 配置为上拉输入模式：

• 未按下：内部上拉电阻将引脚拉至高电平
• 按下时：引脚通过按键连接到 GND，变为低电平

通过检测引脚电平从高到低的变化，即可判断按键是否按下。

按键消抖

机械按键在按下和释放的瞬间，触点会产生机械振动（弹跳），导致电平在短时间内（通常 5~20ms）多次跳变。如果不做处理，MCU 可能将一次按键动作误判为多次触发。

按键消抖 — 机械触点弹跳示意

常见消抖方法：

• 软件消抖：检测到按键按下后延时 10~20ms，再次读取引脚状态确认。简单有效，本教程采用此方法。

点击查看截图 — 软件消抖示意

软件消抖示意

• 硬件消抖：在按键电路中加入 RC 低通滤波器，硬件层面滤除抖动信号。

点击查看截图 — 硬件消抖示意

硬件消抖示意

2.6 天巧星按键原理图

天巧星开发板有以下可用按键：

按键	引脚	电路方式	说明
KEY1	PA24	上拉，按下接 GND	用户按键
KEY2	PB24	上拉，按下接 GND	用户按键
ENTER	PB21	上拉，按下接 GND	确认键
BACK	PA18	下拉，特殊功能	BSL 引脚，慎用

⚠️警告

PA18 为 BSL（Bootstrap Loader）功能引脚。 芯片上电时如果 PA18 为高电平，将进入 BSL 模式，导致之前下载的程序无法正常执行。天巧星上 PA18 配置为下拉，BACK 按键按下时为高电平。

使用建议：日常开发中尽量避免使用 PA18 以免误触发 BSL 模式。

本实验使用 KEY1（PA24） 和 ENTER（PB21） 作为输入按键。

2.7 按键输入配置

工程继承LED章节的 empty 工程。

2.7.1 SysConfig 配置

在 .syscfg 中添加 LED 和按键的 GPIO 配置。如果已有 LED 配置，只需新增按键部分。

再次点击 ADD 添加第二组 GPIO，配置按键参数：

类别	参数	设置值	说明
端口配置	Name	KEY	自定义实例名称
引脚 A24	Name	A24	引脚名称
	Direction	Input	输入模式
	Internal Resistor	Pull-Up Resistor	上拉电阻（默认高电平）
	Assigned Port	PORTA	对应 PORTA
	Assigned Pin	24	对应 PA24
引脚 B21	Name	B21	引脚名称
	Direction	Input	输入模式
	Internal Resistor	Pull-Up Resistor	上拉电阻（默认高电平）
	Assigned Port	PORTB	对应 PORTB
	Assigned Pin	21	对应 PB21

点击查看截图 — SysConfig 按键引脚配置

A24

B21

保存后编译，SysConfig 生成对应宏：

• A24按键：KEY_A24_PORT、KEY_A24_PIN
• B21按键：KEY_B21_PORT、KEY_B21_PIN

2.7.2 GPIO 输入相关函数

GPIO 输入读取函数

uint32_t DL_GPIO_readPins(GPIO_Regs* gpio, uint32_t pins)

读取指定引脚的当前电平状态。

• 返回值非零：引脚为高电平
• 返回值为零：引脚为低电平

示例：

// 读取 A24 按键（PA24）
if (DL_GPIO_readPins(KEY_A24_PORT, KEY_A24_PIN) == 0) {
    // A24 按下（低电平）
}

// 读取 B21 按键（PB21）
if (DL_GPIO_readPins(KEY_B21_PORT, KEY_B21_PIN) == 0) {
    // B21 按下（低电平）
}

2.7.3 按键控制 LED 实验

实现功能：按下 A24 或 B21 按键时 LED 点亮，均松开时 LED 熄灭。

#include "ti_msp_dl_config.h"

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    while (1) {
        // 读取两个按键状态，任意按下为低电平
        uint8_t a24_pressed = (DL_GPIO_readPins(KEY_A24_PORT, KEY_A24_PIN) == 0);
        uint8_t b21_pressed = (DL_GPIO_readPins(KEY_B21_PORT, KEY_B21_PIN) == 0);

        if (a24_pressed || b21_pressed) {
            delay_cycles(640000);  // 消抖延时约 20ms
            // 再次确认仍有按键被按下
            a24_pressed = (DL_GPIO_readPins(KEY_A24_PORT, KEY_A24_PIN) == 0);
            b21_pressed = (DL_GPIO_readPins(KEY_B21_PORT, KEY_B21_PIN) == 0);
            if (a24_pressed || b21_pressed) {
                DL_GPIO_clearPins(LED_PORT, LED_B22_PIN);  // LED 亮
            }
        } else {
            DL_GPIO_setPins(LED_PORT, LED_B22_PIN);  // LED 灭
        }
    }
}

2.7.4 按键翻转 LED 实验

实现功能：每按一次 A24 或 B21 按键，LED 状态翻转一次（亮→灭 或 灭→亮）。

#include "ti_msp_dl_config.h"

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    while (1) {
        uint8_t a24_pressed = (DL_GPIO_readPins(KEY_A24_PORT, KEY_A24_PIN) == 0);
        uint8_t b21_pressed = (DL_GPIO_readPins(KEY_B21_PORT, KEY_B21_PIN) == 0);

        // 检测任意按键按下
        if (a24_pressed || b21_pressed) {
            delay_cycles(640000);  // 消抖 20ms
            a24_pressed = (DL_GPIO_readPins(KEY_A24_PORT, KEY_A24_PIN) == 0);
            b21_pressed = (DL_GPIO_readPins(KEY_B21_PORT, KEY_B21_PIN) == 0);
            if (a24_pressed || b21_pressed) {
                // 翻转 LED 状态
                DL_GPIO_togglePins(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN_PIN);
                // 等待所有按键释放，避免重复触发
                while (DL_GPIO_readPins(KEY_A24_PORT, KEY_A24_PIN) == 0 ||
                       DL_GPIO_readPins(KEY_B21_PORT, KEY_B21_PIN) == 0);
            }
        }
    }
}

代码要点

• 两次读取之间的 delay_cycles(640000) 实现了约 20ms 的软件消抖
• while(...) 等待所有按键释放，防止长按时 LED 反复翻转
• 此实现为轮询方式，CPU 持续检测按键状态。更高效的方式是使用外部中断（见第 4 章）

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2.8 GPIO 函数总结

函数	功能	参数
DL_GPIO_setPins(port, pin)	输出高电平	port：端口；pin：引脚掩码
DL_GPIO_clearPins(port, pin)	输出低电平	同上
DL_GPIO_togglePins(port, pin)	翻转电平	同上
DL_GPIO_readPins(port, pin)	读取引脚状态	返回非零为高，零为低
DL_GPIO_enableOutput(port, pin)	使能输出功能	部分场景需要额外调用

注意事项

• GPIO 引脚的功能由 SysConfig 在 SYSCFG_DL_init() 中自动初始化，无需手动调用寄存器配置
• 不要手动修改 ti_msp_dl_config.c/h 文件，它们由 SysConfig 自动生成，每次编译时会被覆盖
• 修改引脚配置应在 .syscfg 文件中操作