【GD32F470紫藤派開(kāi)發(fā)板使用手冊(cè)】第一講 GPIO-流水燈實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)主要學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：

• GPIO結(jié)構(gòu)及原理；
• GPIO輸出功能實(shí)現(xiàn)；
• LED驅(qū)動(dòng)原理。

1.2實(shí)驗(yàn)原理

1.2.1GPIO外設(shè)原理

GD32F4xx系列MCU最多可支持140個(gè)通用I/O引腳（GPIO），分別為PA0 ~ PA15，PB0 ~ PB15，PC0 ~ PC15，PD0 ~ PD15，PE0 ~ PE15，PF0 ~ PF15，PG0 ~ PG15，PH0 ~ PH15和PI0 ~ PI11，各片上設(shè)備用其來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯輸入/輸出功能。每個(gè)GPIO端口有相關(guān)的控制和配置寄存器以滿足特定應(yīng)用的需求。GPIO引腳上的外部中斷在中斷/事件控制器（EXTI）中有相關(guān)的控制和配置寄存器。

GPIO 端口和其他的備用功能（AFs）共用引腳，在特定的封裝下獲得最大的靈活性。GPIO引腳通過(guò)配置相關(guān)的寄存器可以用作備用功能引腳，備用功能輸入/輸出都可以。每個(gè)GPIO引腳可以由軟件配置為輸出（推挽或開(kāi)漏）、輸入、外設(shè)備用功能或者模擬模式。每個(gè)GPIO引腳都可以配置為上拉、下拉或無(wú)上拉/下拉。除模擬模式外，所有的GPIO引腳都具備大電流驅(qū)動(dòng)能力。

GD32F4xx系列的GPIO端口結(jié)構(gòu)如下圖所示，由該圖可知，GPIO結(jié)構(gòu)可大致分為三個(gè)部分：1、輸出控制，可配置為推挽輸出以及備用功能輸出，在推挽輸出情況下，輸出驅(qū)動(dòng)由輸出控制寄存器進(jìn)行控制，在備用功能輸出情況下，輸出驅(qū)動(dòng)由外設(shè)備用功能驅(qū)動(dòng)，具體輸出會(huì)通過(guò)對(duì)電源以及對(duì)地的mos管進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，上下拉電阻對(duì)輸出也有作用；2、輸入控制，輸入可配置內(nèi)部上拉或者下拉，內(nèi)部上下拉電阻均為40K左右，然后通過(guò)內(nèi)部施密特觸發(fā)器輸入到內(nèi)部，之后可以外設(shè)通過(guò)備用功能輸入或者通過(guò)輸入狀態(tài)寄存器讀取，施密特觸發(fā)器的實(shí)現(xiàn)功能為輸入電壓由低到高變化時(shí)，低于VIL為低，高于VIH為高，在VIL和VIH之間為低，輸入電壓由高到低變化時(shí)，高于VIH為高，低于VIH為低，在VIL和VIH之間為高，因而為了可靠讀取輸入電平狀態(tài)，輸入電壓高電平需要高于VIH，低電平需要低于VIL才可靠，一般VIL為0.3 VDD，VIH為0.7 VDD；3、ESD保護(hù)，在標(biāo)準(zhǔn)IO接口上，ESD保護(hù)為對(duì)電源和對(duì)地的兩個(gè)反向二極管，因而若引腳電壓高于VDD電壓，可能存在漏電現(xiàn)象（通過(guò)反向二極管漏電到VDD），故使用標(biāo)準(zhǔn)IO接口需注意引腳輸入電壓不可高于VDD電壓，另外有一類IO接口為5VT引腳，該引腳可耐5V電壓輸入，不存在引腳漏電現(xiàn)象，如果設(shè)計(jì)中存在引腳先于電源上電的情況，該引腳需要使用5VT引腳，避免引腳漏電，5VT引腳可通過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)查看確認(rèn)。

GD32F4xx系列MCU引腳的復(fù)用功能通過(guò)AF表進(jìn)行查閱，具體如下圖所示。

1.2.2LED驅(qū)動(dòng)原理

LED是一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，可以將電能轉(zhuǎn)換為光能，可通過(guò)外部電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，有單色的也有多色的，可通過(guò)電壓或電流來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)亮度可調(diào)。LED驅(qū)動(dòng)比較簡(jiǎn)單，后續(xù)會(huì)在硬件設(shè)計(jì)中介紹本例程所用LED驅(qū)動(dòng)的原理。

1.3硬件設(shè)計(jì)

本節(jié)主要介紹GPIO驅(qū)動(dòng)LED電路。該電路如下圖所示，該電路中具有四個(gè)LED，一端接地，另外一端通過(guò)4.7k歐姆限流電阻連接至GPIO，當(dāng)GPIO輸出高電平時(shí)，LED電亮，反之熄滅。對(duì)應(yīng)的GPIO引腳分別為PE3/PC13/PG3/PA5。

1.4代碼解析

1.4.1驅(qū)動(dòng)初始化函數(shù)

驅(qū)動(dòng)初始化函數(shù)如下所示，主要功能為延遲初始化、LCD初始化等，其中延遲使用systick定時(shí)器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

C
void driver_init(void)
{
delay_init();
// rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
// gpio_pin_remap_config(GPIO_SWJ_SWDPENABLE_REMAP,ENABLE);
#if (LCD_DEBUG == 1)
// #include "bsp_lcd.h"
bsp_lcd_init(); /* 初始化LCD */
bsp_lcd_clear(WHITE);
//顯示log圖片
bsp_show_log();
//設(shè)置打印窗口
bsp_lcd_printf_init(10,109,bsp_lcd_parameter.width-1,bsp_lcd_parameter.height-1,FONT_ASCII_16_8,WHITE,BLUE);
#endif
}

延遲配置函數(shù)如下所示，通過(guò)該函數(shù)開(kāi)啟sysitck。

C
void delay_init(void)
{
SystemCoreClockUpdate();
systick_config();
delay_us_mul=SystemCoreClock/1000000;
}

如果需要進(jìn)行LCD顯示，需要打開(kāi)LCD_DEBUG宏定義。

1.4.2LED配置函數(shù)

LED相關(guān)配置函數(shù)實(shí)現(xiàn)在bsp_led.c文件中，首先將LED進(jìn)行注冊(cè)，注冊(cè)語(yǔ)句如下，注冊(cè)之后即可通過(guò)別名的方式對(duì)相關(guān)LED進(jìn)行相關(guān)配置。

C
LED_DEF(LED1,E,3,RESET); /* PE3定義為L(zhǎng)ED1，LED OFF的IO初始態(tài)低 */
LED_DEF(LED2,C,13,RESET); /* PC13定義為L(zhǎng)ED2 */
LED_DEF(LED3,G,3,RESET); /* PG3定義為L(zhǎng)ED3 */
LED_DEF(LED4,A,5,RESET); /* PA5定義為L(zhǎng)ED4 */

LED初始化函數(shù)如下，可以通過(guò)別名數(shù)組的方式對(duì)LED GPIO進(jìn)行成組初始化。

C
const void* LED_INIT_GROUP[]={&LED1,&LED2,&LED3,&LED4};
void bsp_led_init(typdef_gpio_general *LEDx)
{
driver_gpio_general_init(LEDx);
}
void bsp_led_group_init(void)
{
uint8_t i;
for(i=0;i
{
bsp_led_init(((typdef_gpio_general *)LED_INIT_GROUP[i]));
}
}

LED初始化之后即可對(duì)相關(guān)LED進(jìn)行輸出相關(guān)操作，開(kāi)發(fā)板歷程中提供了輸出高、低以及翻轉(zhuǎn)的配置函數(shù)，可供使用者方便調(diào)用。

C
void bsp_led_on(typdef_gpio_general *LEDx)
{
driver_gpio_pin_write(LEDx,(bit_status)!(LEDx->default_state));
}
void bsp_led_off(typdef_gpio_general *LEDx)
{
driver_gpio_pin_write(LEDx,LEDx->default_state);
}
void bsp_led_toggle(typdef_gpio_general *LEDx)
{
driver_gpio_pin_toggle(LEDx);
}

1.4.3主函數(shù)

本例程主函數(shù)如下所示，首先進(jìn)行驅(qū)動(dòng)初始化，之后進(jìn)行LED初始化，然后初始化串口并打印”Stream LED demo.“的log，在while(1)主循環(huán)中延遲100ms進(jìn)行順序循環(huán)翻轉(zhuǎn)LED，以實(shí)現(xiàn)流水燈現(xiàn)象。

C
int main(void)
{
uint8_t i=0;
driver_init();
bsp_led_group_init();
bsp_uart_init(&BOARD_UART); /* 板載UART初始化 */
printf_log("Stream LED demo.\r\n");
while(1)
{
delay_ms(100);
bsp_led_toggle(((typdef_gpio_general *)LED_INIT_GROUP[i++%LED_SIZE]));
}
}

1.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將本例程編譯通過(guò)后，燒錄到紫藤派開(kāi)發(fā)板中，運(yùn)行后可觀察到LED1-LED4順序點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)流水燈的功能。

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