【GD32F303紅楓派開發(fā)板使用手冊】第二講 GPIO-流水燈實驗

2.1實驗內(nèi)容

通過本實驗主要學習以下內(nèi)容：

• GPIO結構及原理；
• GPIO輸出功能實現(xiàn)；
• LED驅動原理。

2.2實驗原理

2.2.1GPIO外設原理

GD32F303系列MCU最多可支持112個通用I/O引腳(GPIO)，分別為PA0 ~ PA15，PB0 ~ PB15，PC0 ~ PC15，PD0 ~ PD15，PE0 ~ PE15，PF0 ~ PF15和PG0 ~ PG15，各片上設備用其來實現(xiàn)邏輯輸入/輸出功能。每個GPIO端口有相關的控制和配置寄存器以滿足特定應用的需求。

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引腳通過配置相關的寄存器可以用作備用功能輸入/輸出。每個GPIO引腳可以由軟件配置為輸出(推挽或開漏)、輸入、外設備用功能或者模擬模式。每個GPIO引腳都可以配置為上拉、下拉或浮空。除模擬模式外，所有的GPIO引腳都具備大電流驅動能力。

GD32F303系列的GPIO端口結構如下圖所示，由該圖可知，GPIO結構可大致分為三個部分：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，輸出驅動由輸出控制寄存器進行控制，在備用功能輸出情況下，輸出驅動由外設備用功能驅動，具體輸出會通過對電源以及對地的mos管進行實現(xiàn)；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，然后通過內(nèi)部施密特觸發(fā)器輸入到內(nèi)部，之后可以外設通過備用功能輸入或者通過輸入狀態(tài)寄存器讀取，施密特觸發(fā)器的實現(xiàn)功能為輸入電壓由低到高變化時，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，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，在標準IO接口上，ESD保護為對電源和對地的兩個反向二極管，因而若引腳電壓高于VDD電壓，可能存在漏電現(xiàn)象（通過反向二極管漏電到VDD），故使用標準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，如果設計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，如下圖所示，5VT引腳可通過數(shù)據(jù)手冊查看確認。

燒錄口也具有重映射功能，如下圖所示，比如PB3默認作為JTAG功能使用，如果讀者希望作為GPIO使用，則需要配置禁用JTAG使能SWD。

2.2.2LED驅動原理

LED是一種半導體發(fā)光元件，可以將電能轉換為光能，可通過外部電路進行驅動，有單色的也有多色的，可通過電壓或電流來進行驅動，驅動亮度可調(diào)。LED驅動比較簡單，后續(xù)會在硬件設計中介紹本例程所用LED驅動的原理。

2.3硬件設計

本節(jié)主要介紹GPIO驅動LED電路。該電路如下圖所示，該電路中具有兩個LED，共陽極連接3.3V，另外一端通過1k歐姆限流電阻連接至GPIO，當GPIO輸出低電平時，LED電亮，反之熄滅。

2.4代碼解析

2.4.1延遲函數(shù)

實現(xiàn)延遲初始化函數(shù)如下所示，歷程中的延遲使用systick定時器進行實現(xiàn)。首先進行systick配置（driver_init()），之后配置微秒延遲計數(shù)。

systick配置函數(shù)如下所示，通過該函數(shù)開啟sysitck。

微秒及毫秒配置函數(shù)如下所示，微秒通過systick定時查詢實現(xiàn)，毫秒通過微秒實現(xiàn)。

2.4.2LED配置函數(shù)

LED相關配置函數(shù)實現(xiàn)在bsp_led.c文件中，首先將LED進行注冊，注冊語句如下，注冊之后即可通過別名的方式對相關LED進行相關配置。

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

LED初始化之后即可對相關LED進行輸出相關操作，開發(fā)板歷程中提供了輸出高、低以及翻轉的配置函數(shù)，可供使用者方便調(diào)用。

2.4.3主函數(shù)

本例程主函數(shù)如下所示，首先進行延遲初始化，之后進行LED初始化，然后先翻轉LED1，之后延遲200ms后延遲LED0和LED1，從而實現(xiàn)LED0和LED1的交替閃爍。

2.5實驗結果

將本例程編譯通過后，燒錄到紅楓派開發(fā)板中，運行后可觀察到LED0和LED1每秒鐘交叉閃爍，實現(xiàn)流水燈的功能。

本教程由GD32 MCU方案商聚沃科技原創(chuàng)發(fā)布，了解更多GD32 MCU教程，關注聚沃科技官網(wǎng)