GD32开发实战指南(基础篇) 第2章 初始GPIO流水灯

开发环境：

MDK：Keil 5.30

开发板：GD32F207I-EVAL

MCU：GD32F207IK

1 GPIO工作原理

熟悉单片机的朋友都知道，学习的第一个例程就是流水灯，要想实现流水灯，首先必须了解GPIO的工作原理。GPIO的基本结构如下图所示。

GD32 的 IO 口可以由软件配置成如下 8 种模式：

• 输入模式
• 浮空输入：浮空（floating）就是逻辑器件的输入引脚即不接高电平，也不接低电平。由于逻辑器件的内部结构，当它输入引脚悬空时，相当于该引脚接了高电平。一般实际运用时，引脚不建议悬空，易受干扰。通俗讲就是让管脚什么都不接，浮空着。信号进入芯片内部后，既没有接上拉电阻也没有接下拉电阻，经由触发器输入。配置成这个模式后，用电压变量引脚电压为1点几伏，这是个不确定值。由于其输入阻抗比较大，一般把这种模式用于标准的通讯协议，比如IIC、USART的等。该模式是GD32复位之后的默认模式。

• 上拉输入：上拉就是把电位拉高，比如拉到Vcc。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平，电阻同时起限流作用，弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分。上拉输入就是信号进入芯片后加了一个上拉电阻，再经过施密特触发器转换成0、1信号，读取此时的引脚电平为高电平。

• 下拉输入：就是把电压拉低，拉到GND。与上拉原理相似。下拉输入就是信号进入芯片后加了一个下拉电阻，再经过施密特触发器转换成0、1信号，读取此时的引脚电平为低电平。

• 模拟输入：信号进入后不经过上拉电阻或者下拉电阻，关闭施密特触发器，经由另一线路把电压信号传送到片上外设模块。模拟输入是指传统方式的输入，数字输入是输入PCM数字信号，即0、1的二进制数字信号，通过数模转换，转换成模拟信号，经前级放大进入功率放大器，功率放大器还是模拟的。比如传送给ADC模块，由ADC采集电压信号。所以可以理解为模拟输入的信号是未经处理的信号，是原汁原味的信号。

• 输出模式
• 开漏输出：一般用在电平不匹配的场合，如需要输出5V的高电平。输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行。适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20mA以内)。

• 复用开漏输出：可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用IO口使用）。端口必须配置成复用开漏功能输出模式。

• 推挽式输出：可以输出高、低电平，连接数字器件；推挽结构一般是指两个三极管分别受两个互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源决定。推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

• 推挽式复用输出：可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用IO口使用）。端口必须配置成复用推挽功能输出模式。

2 I/O复用和重映射

2.1 I/O复用

GD32 有很多的内置外设，这些外设的外部引脚都是与 GPIO 复用的。也就是说，一个 GPIO如果可以复用为内置外设的功能引脚，那么当这个 GPIO 作为内置外设使用的时候，就叫做复用。当I/O端口被配置为复用功能时：

● 在开漏或推挽式配置中，输出缓冲器被打开

● 内置外设的信号驱动输出缓冲器(复用功能输出)

● 施密特触发输入被激活

● 弱上拉和下拉电阻被禁止

● 在每个APB2时钟周期，出现在I/O脚上的数据被采样到输入数据寄存器

● 开漏模式时，读输入数据寄存器时可得到I/O口状态

● 在推挽模式时，读输出数据寄存器时可得到最后一次写的值

大家都知道，MCU 都有串口，GD32 有好几个串口。比如说 GD32F207IK有 8个串口，我们可以查手册知道，串口 0 的引脚对应的 IO 为 PA9,PA10.PA9， PA10 默认功能是 GPIO， 所以当PA9,PA10 引脚作为串口0的 TX,RX 引脚使用的时候，那就是端口复用。

USART0_TX	PA9
USART0_RX	PA10

关于串口的内容后面的章节会详细讲解。

2.2 I/O重映射

为了使不同器件封装的外设 IO 功能数量达到最优，可以把一些复用功能重新映射到其他一些引脚上。 GD32 中有很多内置外设的输入输出引脚都具有重映射(remap)的功能。 我们知道每个内置外设都有若干个输入输出引脚，一般这些引脚的输出端口都是固定不变的，为了让设计工程师可以更好地安排引脚的走向和功能，在 GD32中引入了外设引脚重映射的概念，即一个外设的引脚除了具有默认的端口外，还可以通过设置重映射寄存器的方式，把这个外设的引脚映射到其它的端口。

复用功能	USART1_REMAP = 0	USART1_REMAP = 1
USART0_TX	PA9	PB6
USART0_RX	PA10	PB7

从表中可以看出，默认情况下，串口 0复用的时候的引脚位 PA9、PA10，同时我们可以将 TX 和 RX 重新映射到管脚 PB6 和 PB7 上面去。所以重映射我们同样要使能复用功能的时候讲解的 2 个时钟外，还要使能 AFIO 功能时钟，然后要调用重映射函数。

3 GPIO流水灯硬件电路分析

发光二极管是属于二极管的一种，具有二级管单向导电特性，即只有在正向电压（二极管的正极接正，负极接负）下才能导通发光。PF6引脚接发光二极管(LED1)的正极，所以PF6引脚输出高电平LED1亮，PF6引脚输出低电平LED1熄灭，其他LED同理。

值得注意的，不同的开发板，LED连接的GPIO一般是不同的，请注意修改。

4 GPIO流水灯寄存器分析

要想真正掌握一款单片机，分析寄存器是必不可少，但是对于GD32来再说，GD已经将寄存器操作封装成库函数，开发者只需要调用库函数即可，对于初学者来说，只需学会使用使用函数即可，对于没有基础的读者朋友就不必细究每个寄存器，当学到一定程度，再来一探究竟吧，笔者再这里只是给出GPIO的寄存配置相关配置表，在后面的章节也是如此。好了，继续进入正题吧。

每个GPIO端口都有两个32位配置寄存器(GPIO_CTL0 ，GPIO_CTL1) ，两个16位数据寄存器 (GPIO_ISTAT和GPIO_OCTL)，一个32位置位寄存器(GPIO_BOP)，一个16位复位寄存器(GPIO_BC)，一个16位锁定寄存器(GPIO_LOCK)。每个I/O端口位可以自由编程。

点亮LED，基本步骤是：配置寄存器；控制寄存器。库开发只是将传统的配置方式编程函数，是的单片机开发变得简单方便快捷。

我们常用的 IO 端口寄存器只有 4 个： GPIO_CTL0、GPIO_CTL1、 GPIO_OCTL、 GPIO_BOP。其中GPIO_CTL0、GPIO_CTL1 控制着每个 IO 口的模式及输出速率。

GPIO_CTL0、GPIO_CTL1类似，读者朋友可以参看《GD32F10x_User_Manual_EN_Rev2.4》数据输入输出寄存器是将对应的IO口置位，从而进行数据的输入与输出。

5 GPIO 流水灯实现流程

笔者在上文已经分析了GPIO的原理及操作步骤，现在我们就来写代码吧。

GPIO是开发GD32最基本的配置，所以掌握GPIO的配置显得尤为重要。要实现流水灯，一般步骤可以总结为如下：

1. GPIO 时钟使能；
2. GPIO 端口模式设置；
3. 初始化IO口；
4. 编写处理函数；

6 GPIO 流水灯实现

6.1 GPIO库函数

GPIO库函数相关的库函数如下：

• gpio_deinit 复位外设GPIO
• gpio_afio_deinit 复位AFIO
• gpio_init GPIO参数初始化
• gpio_bit_set 置位引脚值
• gpio_bit_reset 复位引脚值
• gpio_bit_write 将特定的值写入引脚
• gpio_port_write 将特定的值写入一组端口
• gpio_input_bit_get 获取引脚的输入值
• gpio_input_port_get 获取一组端口的输入值
• gpio_output_bit_get 获取引脚的输出值
• gpio_output_port_get 获取一组端口的输出值
• gpio_pin_remap_config 配置GPIO引脚重映射
• gpio_pin_remap1_config 配置GPIO引脚重映射1
• gpio_exti_source_select 选择哪个引脚作为EXTI源
• gpio_ethernet_phy_select 以太网MII或RMII PHY选择
• gpio_event_output_config 配置事件输出
• gpio_event_output_enable 事件输出使能
• gpio_event_output_disable 事件输出禁能
• gpio_pin_lock 相应的引脚配置被锁定

6.2 流水灯代码实现

主函数代码如下：

/*
    brief      main function
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
*/
int main(void)
{
    /* configure LED1 GPIO port */
    led_init(LED1);

    /* configure LED2 GPIO port */
    led_init(LED2);

    /* configure LED3 GPIO port */
    led_init(LED3);

    /* configure LED4 GPIO port */
    led_init(LED4);

    while(1) 
    {
        /* turn on LED1, turn off LED4 */
        led_on(LED1);
        led_off(LED4);
        /*delay about 500ms*/
        delay(0xffffff);

        /* turn on LED2, turn off LED1 */
        led_on(LED2);
        led_off(LED1);
        /*delay about 500ms*/
        delay(0xffffff);

        /* turn on LED3, turn off LED2 */
        led_on(LED3);
        led_off(LED2);
        /*delay about 500ms*/
        delay(0xffffff);

        /* turn on LED4, turn off LED3 */
        led_on(LED4);
        led_off(LED3);
        /*delay about 500ms*/
        delay(0xffffff);
    }
}

代码还是比较简单的，首先开启GPIO的时钟，然后对GPIO初始化，主要是设置模式和速率，GPIO的初始化代码如下：

/*
    brief      configure led GPIO
    param[in]  lednum: specify the led to be configured
      arg        LED1
      arg        LED2
      arg        LED3
      arg        LED4
    param[out] none
    retval     none
*/
void led_init(led_typedef_enum lednum)
{
    /* enable the led clock */
    rcu_periph_clock_enable(GPIO_CLK[lednum]);

    /* configure led GPIO port */
    gpio_init(GPIO_PORT[lednum], GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN[lednum]);

    GPIO_BC(GPIO_PORT[lednum]) = GPIO_PIN[lednum];
}

然后就可以控制GPIO高低电平了。

7 实验现象

将编译好的程序下载到板子中，可以看到四个LED灯依次闪烁。

审核编辑：汤梓红