硬件設(shè)計技巧：三類GPIO接口的實用指南

今天教大家一些關(guān)于硬件設(shè)計的的技巧,只要掌握好三類GPIO，輕松玩好硬件設(shè)計。

本文所介紹的GPIO設(shè)計指導(dǎo)，都是針對Air780E用于LuatOS開發(fā)方式時的一些注意事項，AT指令開發(fā)版本不支持GPIO操作。

Air780E模組共支持GPIO0~GPIO31合計32個GPIO和WAKEUP0~5合計6個喚醒管腳，其中：

32個GPIO口本身有多重復(fù)用功能，大家需要根據(jù)實際應(yīng)用進行選擇配置；

32個GPIO中，又可分為普通GPIO和AGPIO，在接下來的表格中，會詳細(xì)介紹這兩種GPIO的定義和區(qū)別；

6個WAKEUP管腳中，部分也可以配置為GPIO功能，在接下來的表格中，也將詳細(xì)介紹WAKEUP管腳的注意事項。

一、GPIO復(fù)用表

對于GPIO功能復(fù)用，請參考如下表格（可通過下方鏈接下載最新版）。

最新資料詳見：

https://docs.openluat.com/air780e/luatos/hardware/design/gpio/

▼ GPIO復(fù)用表 ▼

二、GPIO特性

Air780E的GPIO口根據(jù)不同的特性，可以分為三種類型：

普通IO

AGPIO

Wakeup IO

不同特性的GPIO，其驅(qū)動能力以及在低功耗模式/PSM+模式下的表現(xiàn)區(qū)別比較大，在使用這些特性的GPIO時尤其要注意；

AGPIO也常被寫作為：AONGPIO、AON_GPIO，以下均以AGPIO的寫法進行描述。

1. 普通IO

Air780E大部分管腳為普通GPIO（上圖GPIO復(fù)用表格中灰色底色的IO）；

Air780E系統(tǒng)為了在休眠模式下有極致的低功耗性能，會在模組進入休眠/深休眠模式時，關(guān)閉GPIO供電(VDD_EXT)，因此會導(dǎo)致所有以VDD_EXT為電源域的GPIO會進入下電狀態(tài)。

在使用普通GPIO時，要尤其注意在休眠狀態(tài)下GPIO的掉電狀態(tài)對控制外設(shè)造成的誤動作風(fēng)險。

▼ 普通IO相關(guān)特性 ▼

電壓域：VDD_EXT（1.8/3.3V可配置）

輸入輸出：可以配置

上下拉：內(nèi)部可配置

輸入中斷：
上下邊沿觸發(fā)/雙邊沿觸發(fā)/高低電平觸發(fā)（休眠后無法響應(yīng)中斷）

休眠電平保持：不可保持

休眠喚醒：不可喚醒模組

驅(qū)動能力：單個普通GPIO驅(qū)動能力<=10mA

2. AGPIO

AGPIO管腳為休眠可保持管腳（GPIO復(fù)用表格中綠色底色IO管腳）；

這類管腳電源域為長保持的LDO_AONIO電源(為內(nèi)部電源，模組外部不可測量)，這類電源在模組低功耗模式/PSM+下，仍然能夠保持供電，因此AGPIO管腳在休眠狀態(tài)下能夠保持電平。

AGPIO管腳可以用于休眠狀態(tài)下仍然需要保持工作狀態(tài)的外設(shè)。

▼ AGPIO相關(guān)特性 ▼

電壓域：LDO_AONIO（1.8/3.3V）

輸入輸出：可以配置

上下拉：內(nèi)部可配置

輸入中斷：
上下邊沿觸發(fā)/雙邊沿觸發(fā)/高低電平觸發(fā)（休眠后無法響應(yīng)中斷）

休眠電平保持：可保持

休眠喚醒：不可喚醒模組

驅(qū)動能力：

AGPIOWU0/1/3(MAIN_DTR)：30μA；

AGPIO3~8：5mA（所有AGPIO總共驅(qū)動電流不能超過5mA）。

3. Wakeup IO

Air780E模組包含6個特殊管腳：
WAKEUP0~WAKEUP5

此類型IO為中斷喚醒管腳，能夠在模組休眠狀態(tài)下響應(yīng)外部中斷從而使模組退出休眠狀態(tài)，因此這類IO管腳在休眠狀態(tài)下也能保持供電。

注意：Wakeup IO僅支持輸入，不能配置為輸出，且固定電平不可配置。

▼ Wakeup IO相關(guān)特性 ▼

電壓域：LDO_AON（2V，不可配置）

輸入輸出：僅輸入

上下拉：內(nèi)部可配置

輸入中斷：上下邊沿觸發(fā)/雙邊沿觸發(fā)/高低電平觸發(fā)

休眠電平保持：可保持

休眠喚醒：支持

驅(qū)動能力：30μA

三、GPIO應(yīng)用注意事項

1. 普通GPIO以及相應(yīng)的電壓域VDD_EXT，在休眠時會輸出頻繁百ms級別的高脈沖，極易導(dǎo)致連接的外設(shè)誤動作。

原因解析：

Air780E的休眠特性，VDD_EXT在休眠狀態(tài)下會關(guān)閉，但是Air780E系統(tǒng)在休眠的整個時期內(nèi)并不是一直保持穩(wěn)定休眠狀態(tài)，需要不定時喚醒起來與4G網(wǎng)絡(luò)交互以保持網(wǎng)絡(luò)連接，因此VDD_EXT會隨著模組喚醒而打開。而大部分普通GPIO默認(rèn)是I&PU狀態(tài)，就會被VDD_EXT拉高，導(dǎo)致輸出高脈沖。

設(shè)計建議：

在一些需要休眠狀態(tài)下正常工作的外設(shè)的控制（比如LED控制）不建議使用普通GPIO，可以使用AGPIO。

由于AGPIO數(shù)量有限，在必須用普通GPIO的情況下，可以在普通GPIO上做外接10K電阻下拉（如下圖R23)，可以大幅減小休眠時輸出的高脈沖幅值，使得減小到外設(shè)的高電平判別門限以下，也可以避免誤動作的情況，但是相應(yīng)的在某些情況下，會增加功耗，請根據(jù)實際情況酌情做出選擇。

2. Wakeup IO類型的GPIO不要用VDD_EXT或者普通GPIO上拉，會導(dǎo)致系統(tǒng)無法進入休眠。

原因解析：

Air780E的休眠特性使得普通GPIO管腳和VDD_EXT會在休眠狀態(tài)下輸出高脈沖，會使得Wakeup IO收到中斷而導(dǎo)致系統(tǒng)被喚醒，無法進入休眠模式。

設(shè)計建議：使用內(nèi)部的上下拉。

3. Wakeup IO類型的GPIO不要直接連接主控MCU的IO管腳，會導(dǎo)致電平不一致而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

原因解析：

Wakeup IO管腳電平是2V左右，這個與大多數(shù)MCU的IO電平不匹配，而且Wakeup IO的供電為內(nèi)部的LDO_AON，而這個供電會給系統(tǒng)啟動相關(guān)的部分供電，比如reset管腳，因此Wakeup IO上由于電平不匹配而導(dǎo)致的漏洞，有可能會影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

設(shè)計建議：

使用二極管或者三極管來隔離（如下圖）。

審核編輯 黃宇