雅特力AT32F402/F405 GPIO应用笔记

GPIO特性

AT32F402/405支持多达56个双向I/O引脚，这些引脚分为5组，分别为PA0-PA15、PB0-PB15、PC0-PC15、PD2、PF0-PF1、PF4-PF7、PF11、每个引脚都可以实现与外部的通讯、控制以及数据采集的功能。

• 每个引脚都可以软件配置成浮空输入、上拉/下拉输入、模拟输入/输出、通用推挽/开漏输出、复用推挽/开漏输出。

每个引脚都可以映射到16个外部中断

几乎所有I/O口可容忍5V

• 所有I/O口均为快速I/O，寄存器存取速度最高fAHB
• 每个引脚都有独立的弱上拉/下拉功能
• 每个引脚都可以软件配置输出驱动能力
• 每个引脚的外设功能可以通过一个特定的操作锁定，以避免意外的写入I/O寄存器
• GPIO设置/清除寄存器（GPIOx_SCR）和GPIO位清除寄存器（GPIOx_CLR）为GPIO输出数据寄存器（GPIOx_ODT）提供位访问能力

GPIO

GPIO在复位期间和刚复位后，复用功能未开启，大部分I/O端口被配置成浮空输入模式。每个引脚可以由软件配置成四种输入模式（输入浮空、输入上拉、输入下拉、模拟输入）和四种输出模式（开漏输出、推挽式输出、推挽式复用、开漏复用）。每个I/O端口对应的寄存器允许半字或字节访问，每个I/O端口位可以自由编程。图1. GPIO基本结构

注意：PC13所对应的GPIO功能以及相关的ERTC功能初始上电时不能直接使用，如要使用请参考ES0011_AT32F402_405_Errata_Sheet GPIO章节表1. GPIO配置表

GPIO toggle

AT32F402/405提供的I/O口均为快速I/O，寄存器存取速度最高为fAHB，所以可以看到GPIO翻转频率能够轻松达到108MHz：图2. I/O翻转速度

IO引脚的5V or 3.3V容忍

标准3.3V容忍引脚（TC）所有振荡器用到的引脚都是标准3.3V容忍引脚。

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

表2. TC引脚示例

带模拟功能5V容忍引脚（FTa）

ADC占用端口为带模拟功能5V容忍引脚。FTa引脚设置为输入浮空、输入上拉、或输入下拉时，具有5V电平容忍特性；设置为模拟模式时，不具5V电平容忍特性，此时输入电平必须小于VDD+0.3V。

• PA0–PA7
• PB0–PB2
• PC0–PC5
• PF4–PF5

表3. FTa引脚示例

带20mA吸入能力5V容忍引脚（FTf）

部分I2C占用端口为带20mA吸入能力的5V容忍引脚，用以支持I2C的增强快速模式。

• PB3/PB9/PB10

表4. FTf引脚示例

5V容忍引脚（FT）

其余的GPIO都为5V容忍引脚。表5. FT引脚示例

IOMUX

I/O复用功能输入/输出

• 大多数外设共享同一个GPIO引脚（比如PA0，可作为TMR1_EXT/USART2_CTS/I2C2_SCL/USART4_TX..）
• 而对某个具体的GPIO引脚，在任意时刻只有一个外设能够与之相连
• 某些外设功能还可以重映射到其他引脚，从而使得能同时使用的外设数量更多

选择每个端口线的有效复用功能之一是由两个寄存器来决定的，分别是GPIOx_MUXL和GPIOx_MUXH复用功能寄存器。可根据应用的需求用这两寄存器连接复用功能模块到其他引脚。表6. 通过GPIOA_MUX寄存器配置端口A的复用功能

表7. 通过GPIOB_MUX寄存器配置端口B的复用功能

表8. 通过GPIOC_MUX寄存器配置端口C的复用功能

表9. 通过GPIOD_MUX寄存器配置端口D的复用功能表10. 通过GPIOF_MUX寄存器配置端口F的复用功能

特殊I/O

调试复用引脚

• 在复位时，和复位后不像其他GPIO一样处于浮空输入状态，而是处于复用模式
• PA13：SWDIO，复用上拉
• PA14：SWCLK，复用下拉

振荡器复用引脚

• 振荡器关闭的状态下（复位后的默认状态），相关引脚可用作GPIO
• 振荡器使能状态下，相应引脚的GPIO配置无效
• 振荡器处于bypass模式（使用外部时钟源）时，LEXT_IN/HEXT_IN为振荡器时钟输入引脚，LEXT_OUT/HEXT_OUT可做GPIO使用

电池供电域下的引脚

• 电池供电域下的引脚包括PC13、PC14以及PC15，电池供电域只能由VDD供电。
• PC13可以作为通用I/O口、TAMPER引脚、ERTC校准时钟、ERTC闹钟或秒输出，PC14和PC15可以用于GPIO或LEXT引脚。PC13至PC15作为I/O口的速度必须限制在2MHz以下，最大负载为30pF，而且这些I/O口绝对不能当作电流源。

GPIO固件驱动程序API

Artery提供的固件驱动程序包含了一系列固件函数来管理GPIO的下列功能：

• 初始化配置
• 读取输入端口或某个输入引脚
• 读取输出端口或某个输出引脚
• 设置或清除某个引脚的输出
• 锁定引脚
• 引脚的复用功能配置

注：所有project都是基于keil5而建立，若用户需要在其他编译环境上使用，请参考AT32xxx_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_xxx\templates中各种编译环境（例如IAR6/7,keil4/5）进行简单修改即可。

输出模式

GPIO提供了两种不同类型的输出模式分别是，推挽输出以及开漏输出，下面是输出模式的配置示例：gpio_init_struct.gpio_pins=GPIO_PINS_x;gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_OUTPUT;/*选择输出*/gpio_init_struct.gpio_pull=GPIO_PULL_NONE;/*无、上拉或下拉*/gpio_init_struct.gpio_out_type=GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;/*选择推挽或开漏*/gpio_init_struct.gpio_drive_strength=GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOy,&gpio_init_struct);

输入模式

GPIO提供了三种不同类型的输入模式分别是，浮空输入、上拉输入以及下拉输入，下面是输入模式的配置示例：gpio_init_struct.gpio_pins=GPIO_PINS_x;gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_INPUT;/*选择输入*/gpio_init_struct.gpio_pull=GPIO_PULL_NONE;/*无、上拉或下拉*/gpio_init_struct.gpio_drive_strength=GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOy,&gpio_init_struct);

模拟模式

当需要使用ADC通道作为输入时，需要将相应的引脚配置为模拟模式，下面是模拟模式的配置示例：gpio_init_struct.gpio_pins=GPIO_PINS_x;gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_ANALOG; /* 选择模拟输入*/gpio_init_struct.gpio_pull=GPIO_PULL_NONE; /* 无、上拉或下拉 */gpio_init_struct.gpio_drive_strength=GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOy, &gpio_init_struct);

复用模式

1. 不论使用何种外设模式，都必须将I/O配置为复用功能，之后系统才能正确使用I/O（输入或输出）。2. I/O引脚通过复用器连接到相应的外设，该复用器一次只允许一个外设的复用功能(MUX)连接到I/O引脚。这样便可确保共用同一个I/O引脚的外设之间不会发生冲突。每个I/O引脚都有一个复用器，该复用器具有16路复用功能输入/输出（MUX0到MUX15），可通过gpio_pin_mux_config()函数对这些引脚进行配置：

• 复位后，所有I/O都会连接到系统的复用功能0(MUX0)
• 通过配置MUX1到MUX15可以映射外设的复用功能

3. 除了这种灵活的I/O复用架构之外，各外设还具有映射到不同I/O引脚的复用功能，这可以针对不同器件封装优化外设I/O功能的数量；例如，可将USART2_TX引脚映射到PA2或PA14引脚上。4. 配置过程：

• 使用gpio_pin_mux_config()函数将引脚连接到所需的外设复用功能(MUX)，例如配置PA0作为TMR1_EXT输入gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE0,GPIO_MUX_4);
• 使用GPIO_Init()函数配置I/O引脚：通过以下方式配置复用功能模式下的所需引脚gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_MUX;通过以下成员选择类型、上拉/下拉和驱动力gpio_out_type、gpio_pull和gpio_drive_strength成员

根据上述配置过程，下面将介绍几种外设的常用配置示例。

USART I/O复用模式配置

/*使能GPIOA的时钟*/crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOA_PERIPH_CLOCK,TRUE);/*将PA9连接到USART1_Tx*/gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE9,GPIO_MUX_7);/*将PA10连接到USART1_Rx*/gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE10,GPIO_MUX_7);/*将USART1_Tx和USART1_Rx配置为复用功能*/gpio_init_struct.gpio_pins=GPIO_PINS_9 | GPIO_PINS_10;gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_MUX;gpio_init_struct.gpio_pull=GPIO_PULL_NONE;gpio_init_struct.gpio_out_type=GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;gpio_init_struct.gpio_drive_strength=GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOA,&gpio_init_struct);

TMR I/O复用模式配置

/*使能GPIOA的时钟*/crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOA_PERIPH_CLOCK,TRUE);/*将PA6连接到TMR1_BRK*/gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE6,GPIO_MUX_1);/*将PA8连接到TMR1_CH1*/gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE8,GPIO_MUX_1);/*将PA12连接到TMR1_EXT*/gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE12,GPIO_MUX_1);/*将以上TMR1引脚(PA6/PA8/PA12)配置为复用功能*/gpio_init_struct.gpio_pins=GPIO_PINS_6| GPIO_PINS_8 | GPIO_PINS_12;gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_MUX;gpio_init_struct.gpio_pull=GPIO_PULL_NONE;gpio_init_struct.gpio_out_type=GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;gpio_init_struct.gpio_drive_strength=GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOA,&gpio_init_struct);

2C I/O复用模式配置

/*使能GPIOB的时钟*/crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOB_PERIPH_CLOCK,TRUE);/*将PB6连接到I2C1_SCL*/gpio_pin_mux_config(GPIOB,GPIO_PINS_SOURCE6,GPIO_MUX_4);/*将PB7连接到I2C1_SDA*/gpio_pin_mux_config(GPIOB,GPIO_PINS_SOURCE7,GPIO_MUX_4);/*将I2C1_SCL和I2C1_SDA配置为复用功能，注意I2C引脚的输出类型应为开漏输出*/gpio_init_struct.gpio_pins=GPIO_PINS_6 | GPIO_PINS_7;gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_MUX;gpio_init_struct.gpio_pull=GPIO_PULL_NONE;gpio_init_struct.gpio_out_type=GPIO_OUTPUT_OPEN_DRAIN;gpio_init_struct.gpio_drive_strength=GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOB,&gpio_init_struct);关于雅特力

雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推动全球市场32位微控制器(MCU)创新趋势的芯片设计公司，拥有领先高端芯片研发技术、完整的硅智财库及专业灵活的整合经验，分別在重庆、深圳、苏州、上海、台湾设有研发、销售及技术支持分部。

雅特力坚持自主研发，以科技创新引领智慧未来，专注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研发与创新，提供高效能、高可靠性且具有竞争力的产品。全系列产品采用55nm先进工艺，通过ISO 9001质量管理体系认证，缔造M4业界最高主频288MHz运算效能。自2018年正式对外销售至今，累积了相当多元的终端产品成功案例，广泛地覆盖工控、电机、车载、消费、商务、5G、物联网、新能源等领域，助力客户实现产业升级。