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第二章：GPIO操作实验

本章将指导你通过使用RT-Thread中的PIN设备接口函数，对开发板上的LED灯进行操作。主要目的是实现LED灯的规律闪烁。

一、硬件介绍

在IOT开发板上，集成焊接了一个三色的RGB灯。其位置如图所示。

通过官方提供的原理图资料，我们可以了解到LED模块的电路结构。这个电路图中，三个LED灯连接到一个3V的直流电源上，然后通过引脚连接到单片机的特定位置。为了点亮LED灯，我们只需要将单片机的引脚输出设置为低电平。

二、软件设计

1. 单色灯点亮测试

a. 功能实现思路分析：

从电路原理图中，我们可以发现LED_G与单片机的39号引脚（GPIO PE8）相连接。在RT-Thread系统中，我们只需要使用其提供的通用GPIO驱动来设置PE8为低电平输出即可点亮LED灯。

我们需要使用的API函数主要有两个：一个是设置引脚模式的函数，另一个是设置引脚电平的函数。在RT-Thread系统中，这些驱动库被很好地封装，方便用户使用。关于这些驱动库的具体使用方法和介绍，你可以前往RT-Thread官方文档查看，特别是设备和驱动部分的PIN设备。

在传统的HAL库开发流程中，我们需要对GPIO口进行配置、初始化，然后设置GPIO口的工作模式以及引脚电平状态。而在使用RT-Thread进行开发时，流程稍有不同。我们首先需要定义引脚编号映射，然后设置引脚工作模式，最后设置引脚电平状态。

在RT-Thread中，获取引脚编号的方式有多种，其中一种是通过查看驱动文件来获取。具体步骤如下：

1. 打开drivers目录下的drv_gpio.c文件，你会看到许多相关的宏定义和结构体。

2. 找到static const struct pin_index pins[] 结构体，这个结构体设置了单片机与操作系统引脚编号的映射关系。

3. 找到你需要的端口号。例如，对于PE8端口，在RT-Thread中对应的引脚编号为72。

在我们得到引脚编号后，就可以进行代码编写。我们需要调用的API函数进行GPIO口的工作模式设定以及电平工作状态设定。

b. 设置引脚模式：

在使用引脚前，我们需要设置其工作模式是输入模式还是输出模式。我们需要调用的API函数接口如下：

void rt_pin_mode(rt_base_t pin, rt_base_t mode);

参数定义与功能实现：LED灯控制

一、参数定义

在嵌入式系统编程中，参数的定义对于程序的运行至关重要。针对LED灯的控制，我们定义了以下几个引脚模式：

1. `PIN_MODE_OUTPUT`（0x00）：定义为输出模式，用于控制LED灯的亮灭。

2. `PIN_MODE_INPUT`（0x01）：定义为输入模式，一般用于读取按键等输入信号。

3. `PIN_MODE_INPUT_PULLUP`（0x02）和`PIN_MODE_INPUT_PULLDOWN`（0x03）：上拉和下拉输入模式，用于增强输入信号的稳定性。

4. `PIN_MODE_OUTPUT_OD`（0x04）：开漏输出模式，适用于需要多灯共用一个输出的情况。

二、设置引脚电平

在完成引脚工作模式的设置后，我们需要对引脚的电平进行设置。在本应用中，我们主要关注的是如何通过API函数设置引脚的电平状态。其中，`rt_pin_write`函数是我们需要使用的关键函数，其接受两个参数：引脚编号和电平逻辑值。电平逻辑值可以是`PIN_LOW`（低电平）或`PIN_HIGH`（高电平）。

三、具体代码实现

接下来，我们将通过实际操作来点亮LED灯。具体步骤如下：

1. 在工程文件中导入必要的头文件，如GPIO和线程管理的相关头文件。

2. 定义LED灯的线程句柄和相关的宏定义，如LED灯的引脚编号、线程优先级、栈大小等。

3. 编写LED灯的线程入口函数，实现以下功能：设置引脚模式为输出模式，设置引脚电平状态为低电平（点亮LED灯），并在终端打印相关信息。

4. 编译并下载程序到开发板。

5. 通过终端命令行执行相关命令，查看结果。正常情况下，终端会打印信息，同时LED灯会亮起。

四、呼吸灯应用实现

在实现呼吸灯功能时，我们需要控制RGB灯依次亮起，形成呼吸效果。具体实现思路如下：

1. 定义RGB灯的引脚编号映射。

2. 在代码实现中，首先关闭所有的RGB灯，然后通过循环依次点亮每个RGB灯。

3. 在点亮每个RGB灯时，可以通过调整亮灯的持续时间，实现呼吸灯效果。

4. 重复上述步骤，实现RGB灯的依次闪烁。

通过以上步骤，我们可以实现LED灯的基本控制和呼吸灯功能。在实际应用中，还可以根据需求进行更多的功能扩展和定制。软件流程图概览与代码实现

一、流程概述

在软件开发的旅程中，我们即将踏上一个新的征程单片机RGB灯的控制。流程图的详细步骤已在上文中简述，接下来的任务就是将这些流程转化为具体的代码实现。我们需使用API接口函数和查看单片机引脚编号的方法，这些在上小节已有介绍，此处不再赘述。接下来，我们将根据流程图逐步编写功能代码。

二、代码实现步骤

1. 新建源文件：我们需要新建一个源文件，你可以将文件名更改为你喜欢的名字。

2. 导入相关头文件：这是编程的常规步骤，我们需要导入相关的库文件以便使用其中的函数和定义。

3. 创建RGB线程：我们将创建一个名为RGB_Thread的线程，并编写对应的线程入口函数。在这个函数中，我们将实现我们的主要功能。

4. 功能实现：在入口函数中，我们首先设置RGB灯的引脚模式为输出模式。然后通过一个无限循环来控制RGB灯的亮灭状态，并在每次亮灭之间延迟一定的时间。我们也会在终端打印相应的日志信息。

5. 编译、下载与运行：我们将编写好的代码编译、下载到单片机开发板中，并在终端运行相应的命令来启动这个线程。

具体代码实现如下：

（代码部分与保持一致）

三、实验结果

当我们把代码编译、下载到开发板中，并成功运行后，实验结果如下：

1. RGB灯的部分红、蓝、绿三颜色会交替闪烁。也就是说，首先红色灯亮，然后蓝色灯亮，最后绿色灯亮，然后再次循环。这种颜色的交替变化给我们带来了视觉上的享受。

2. 在终端命令行中，会循环打印LED灯的日志信息。这些信息包括LED灯的开启状态和相应的颜色信息。这对于我们调试和理解程序的运行状态是非常有帮助的。

这是一个非常生动且有趣的实验，让我们通过编程控制硬件，实现了RGB灯的交替闪烁，同时也让我们更深入地理解了单片机编程的原理和乐趣。