AT32講堂029 | AT32F421 GPIO使用指南

GPIO特性

最大封裝（48pin）具有39個多功能雙向的I/O口

所有I/O口都可以映射到16個外部中斷

幾乎所有I/O口可容忍5V輸入信號（4個LEXT / HEXT引腳除外）

所有I/O口均為快速I/O，寄存器存取速度最高fAHB

I/O引腳的外設(shè)功能可以通過一個特定的操作鎖定，以避免意外的寫入I/O寄存器

每個GPIO引腳都可以由軟件配置成輸出(推挽或開漏)、輸入(帶或不帶上拉或下拉)或復(fù)用的外設(shè)功能端口

可選的每個I/O口的電流推動/吸入能力

GPIO設(shè)置/清除寄存器（GPIOx_SCR）和GPIO清除寄存器（GPIOx_CLR）為GPIOx_ODT寄存器提供位訪問能力

GPIO

GPIO在復(fù)位期間和剛復(fù)位后，復(fù)用功能未開啟，大部分I/O端口被配置成浮空輸入模式。

當(dāng)作為輸出配置時，寫到輸出數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_ODT）上的值會輸出到相應(yīng)的I/O引腳。可以以推挽模式或開漏模式（僅低電平被驅(qū)動，高電平表現(xiàn)為高阻）使用輸出驅(qū)動器。

輸入數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_IDT）在每個AHB時鐘周期捕捉I/O引腳上的數(shù)據(jù)。

所有GPIO引腳有一個內(nèi)部弱上拉和弱下拉，它們被激活或斷開有賴于GPIOx_PULL寄存器的值。

圖1. GPIO基本結(jié)構(gòu)

表1. GPIO 配置表

GPIO toggle

AT32F421提供的I/O口均為快速I/O，寄存器存取速度最高為fAHB，所以可以看到GPIO翻轉(zhuǎn)頻率能夠輕松達到60MHz：

圖2. I/O翻轉(zhuǎn)速度

IO引腳的5V or 3.3V容忍

標準3.3V容忍引腳（TC）

所有振蕩器用到的引腳都是標準3.3V容忍引腳。

• PC14/PC15 (HEXT_IN/ OUT)
• PF0/PF1 (LEXT_IN/ OUT)

表2. TC引腳示例

帶模擬功能5 V容忍引腳（FTa）

比較器輸入引腳以及ADC占用端口為帶模擬功能5 V容忍引腳。

• PA0 – PA7
• PB0 – PB2，PB12 – PB15
• FTa引腳設(shè)置為輸入浮空、輸入上拉、或輸入下拉時，具有5V電平容忍特性；設(shè)置為模擬模式時，不具5V電平容忍特性，此時輸入電平必須小于VDD + 0.3V

表3. FTa引腳示例

5V容忍引腳（FT）

其余的GPIO都為5V容忍引腳。表4. FT引腳示例

IOMUX

I/O復(fù)用功能輸入/輸出

• 大多數(shù)外設(shè)共享同一個GPIO引腳（比如PA0，可作為TMR1_EXT / USART2_CTS /I2C2_SCL / CMP_OUT）
• 而對某個具體的GPIO引腳，在任意時刻只有一個外設(shè)能夠與之相連
• 某些外設(shè)功能還可以重映射到其他引腳，從而使得能同時使用的外設(shè)數(shù)量更多

選擇每個端口線的有效復(fù)用功能之一是由兩個寄存器來決定的，分別是GPIOx_MUXL和GPIOx_MUXH復(fù)用功能寄存器?？筛鶕?jù)應(yīng)用的需求用這兩寄存器連接復(fù)用功能模塊到其他引腳。

表5. 通過GPIOA_MUX*寄存器配置端口A的復(fù)用功能

表6. 通過GPIOB_MUX*寄存器配置端口B的復(fù)用功能

表7. 通過GPIOF_MUX*寄存器配置端口F的復(fù)用功能

特殊I/O

調(diào)試復(fù)用引腳

• 在復(fù)位時，和復(fù)位后不像其他GPIO一樣處于浮空輸入狀態(tài)，而是處于復(fù)用模式
• PA13：SWDIO，復(fù)用上拉
• PA14：SWCLK，復(fù)用下拉

振蕩器復(fù)用引腳

• 振蕩器關(guān)閉的狀態(tài)下（復(fù)位后的默認狀態(tài)），相關(guān)引腳可用作GPIO
• 振蕩器使能狀態(tài)下，相應(yīng)引腳的GPIO配置無效
• 振蕩器處于bypass模式（使用外部時鐘源）時，LEXT_IN/HEXT_IN為振蕩器時鐘輸入引腳，LEXT_OUT/HEXT_OUT可做GPIO使用

備份域引腳

當(dāng)1.2V區(qū)域斷電(當(dāng)器件進入待機模式)時，PC13/PC14/PC15失去GPIO功能。在這種情況下，若GPIO配置沒有被RTC配置為bypass，則這些引腳被設(shè)為模擬輸入模式。

• 以下內(nèi)容在F421系列不存在：模擬開關(guān)（power switch）只能通過少量的電流（3mA），在輸出模式下使用PC13/PC14/PC15的I/O口功能是有限制的：只能工作在適中電流推動/吸入能力模式下，最大負載為30pF，而且這些I/O口絕對不能當(dāng)作電流源（如驅(qū)動LED）。

GPIO固件驅(qū)動程序API

Artery提供的固件驅(qū)動程序包含了一系列固件函數(shù)來管理GPIO的下列功能：

• 初始化配置
• 讀取輸入端口或某個輸入引腳
• 讀取輸出端口或某個輸出引腳
• 設(shè)置或清除某個引腳的輸出
• 鎖定引腳
• 引腳的復(fù)用功能配置

注：所有project都是基于keil 5而建立，若用戶需要在其他編譯環(huán)境上使用，請參考AT32xxx_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_xxx\templates中各種編譯環(huán)境（例如IAR6/7,keil 4/5）進行簡單修改即可。

輸出模式

GPIO提供了兩種不同類型的輸出模式分別是，推挽輸出以及開漏輸出，下面是輸出模式的配置示例：

輸入模式

GPIO提供了三種不同類型的輸入模式分別是，浮空輸入、上拉輸入以及下拉輸入，下面是輸入模式的配置示例：

模擬模式

當(dāng)需要使用ADC或CMP通道作為輸入時，需要將相應(yīng)的引腳配置為模擬模式，下面是模擬模式的配置示例：

復(fù)用模式

1. 不論使用何種外設(shè)模式，都必須將I/O配置為復(fù)用功能，之后系統(tǒng)才能正確使用I/O（輸入或輸出）。

2. I/O引腳通過復(fù)用器連接到相應(yīng)的外設(shè)，該復(fù)用器一次只允許一個外設(shè)的復(fù)用功能(MUX)連接到I/O引腳。這樣便可確保共用同一個I/O引腳的外設(shè)之間不會發(fā)生沖突。每個I/O引腳都有一個復(fù)用器，該復(fù)用器具有16路復(fù)用功能輸入/輸出（MUX0到MUX15），可通過gpio_pin_mux_config()函數(shù)對這些引腳進行配置：

— 復(fù)位后，所有I/O都會連接到系統(tǒng)的復(fù)用功能0(MUX0)— 通過配置MUX1到MUX7可以映射外設(shè)的復(fù)用功能

3. 除了這種靈活的I/O復(fù)用架構(gòu)之外，各外設(shè)還具有映射到不同I/O引腳的復(fù)用功能，這可以針對不同器件封裝優(yōu)化外設(shè)I/O功能的數(shù)量；例如，可將USART2_TX引腳映射到PA2或PA14引腳上。

4. 配置過程：

— 使用gpio_pin_mux_config()函數(shù)將引腳連接到所需的外設(shè)復(fù)用功能(MUX)，例如配置PA0作為TMR1_EXT輸入gpio_pin_mux_config(GPIOA, GPIO_PINS_SOURCE0, GPIO_MUX_4);— 使用GPIO_Init()函數(shù)配置I/O引腳：- 通過以下方式配置復(fù)用功能模式下的所需引腳gpio_init_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_MUX;- 通過以下成員選擇類型、上拉/下拉和驅(qū)動力gpio_out_type、gpio_pull和gpio_drive_strength成員根據(jù)上述配置過程，下面將介紹幾種外設(shè)的常用配置示例。

USARTI/O復(fù)用模式配置

TMR I/O復(fù)用模式配置

I2C I/O復(fù)用模式配置

關(guān)于雅特力雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推動全球市場32位微控制器(MCU)創(chuàng)新趨勢的芯片設(shè)計公司，專注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研發(fā)與創(chuàng)新，全系列采用55nm先進工藝及ARM Cortex-M4高效能或M0+低功耗內(nèi)核，締造M4業(yè)界最高主頻288MHz運算效能，并支持工業(yè)級別芯片工作溫度范圍（-40°~105°）。雅特力目前已累積相當(dāng)多元的終端產(chǎn)品成功案例：如微型打印機、掃地機、光流無人機、熱成像儀、激光雷達、工業(yè)縫紉機、伺服驅(qū)控、電競周邊市場、斷路器、ADAS、T-BOX、數(shù)字電源、電動工具等終端設(shè)備應(yīng)用，廣泛地覆蓋5G、物聯(lián)網(wǎng)、消費、商務(wù)及工控等領(lǐng)域。