GD32 MCU的引脚输出功能应用配置

GD32的GPIO口的输出功能-LED0闪烁实验

硬件：深圳标航科技有限公司 暴风 开发板

处理器:GD32F103VET6

开发环境：MDK(keil 5) + STM32CubeMX

1.1 GD32F103VET6的IO引脚图

由于GD32和STM32是PIN对PIN的，他们的引脚排列、封装、大小都完全相同，所以GD32F103VET6的引脚结构与STM32F103VET6完全一样，由于大家都对STM32比较熟悉，所以这里直接采用STM32F103VET6的引脚图当做GD32F103VET6的引脚图，该引脚图如图1所示。

图1 GD32F103VET6的引脚分布图

由图可见，GD32F103VET6 (在后续介绍中，简写为GD32)一共有100个引脚，其中既可以做输入，也可以做输出的引脚(成为IO引脚)一共有80个，这80个引脚分为PA、PB、PC、PD和PE一共5组，每组包含16个引脚。在图1中，这些IO引脚的颜色为灰色。

我们在STM32CubeMX的引脚搜索框中输入某组引脚名，可以看到该组引脚会闪烁，闪烁时颜色为灰色和黑色交替变化。例如，我们在引脚搜索框中输入PE，可以看到变为黑色时的效果如图2所示。

图2 在引脚搜索框输入PE时芯片PE组引脚变黑色示意图

如果输入的是具体的某一个引脚，比如PE12，可以看到PE12闪烁，颜色也是灰色和黑色交替变化。将鼠标移到PE12的上方用左键点击，会弹起PE12引脚的功能列表如图3所示。

图3 PE12引脚功能列表示意图

可以看到，PE12除了作为输入(GPIO_Input)和输出(GPIO_Output)外，还有其他7种功能。处理器的IO引脚除了可以作为输入输出引脚外，还能够作为其他模块，比如定时器的输出、SPI模块的引脚、串口的功能引脚等功能，具有“通用性”，所以这类引脚我们用通用IO引脚来描述，叫GPIO引脚，以区别于功能比较单一的如51单片机之类的IO引脚。

1.2 GD32的引脚输出功能应用配置

将GD32的GPIO引脚配置为输出后，可以让该引脚输出高电平或者低电平以控制外部电路。

比如，如图4所示的LED灯电路，LED的阳极接3.3V，阴极接PE12，由二极管的单向导电性可知，要想让LED0亮，我们应该让PE12输出低电平。

图4 LED0电路示意图

又如，如图5所示的有源蜂鸣器(有源蜂鸣器是有电流流过蜂鸣器时，蜂鸣器会发声)电路，要想有源蜂鸣器响，则应该让电流流过蜂鸣器，而要想让蜂鸣器有电流流过，三极管S8050的CE端必须导通，而要想S8050的CE端导通，则必须让PB2输出高电平。所以，此时要配置PB2输出高电平，蜂鸣器才会发声。

图5 有源蜂鸣器电路图

了解了GPIO口的输出功能后，下面我们通过一个例子来进一步学习GPIO引脚输出功能的使用。

【例1】已知LED0与GD32的连接图如图4所示，编写程序，实现LED0的闪烁效果。

【实现过程】

1.配置芯片时钟，分为2步。

①.配置芯片高速时钟使用外部晶体/陶瓷晶振和GD32的内部时钟调整模组配合产生的时钟作为芯片主要时钟源，其配置过程如图6所示。

图6 配置芯片高速时钟选项示意图

②.配置芯片系统时钟频率，其配置过程如图7所示。

图7 系统时钟配置过程图

配置好后，HCLK以及定时器模块的内部时钟频率都为72MHz,而APB1总线和APB2总线挂接的模块的频率则为36Mhz。

2.配置调试选项。在本教程中，我们使用的调试工具都为如图8所示的10PIN的ST-link。

图8 10PIN的ST-LINK示意图

这需要在STM32CubeMX的调试选择项中选择调试方式为Serial wire(串口线)，其选择过程如图9所示。

图9 调试选择示意图

注意：如果不选择该选项，则使用ST-LINK下载程序时，就需要按复位键，然后再在MDK中点击下载按钮下载程序。

在图9中将调试模式设置为Serail Wire后，可以看到PA13和PA14这两个默认的串口下载数据和时钟引脚会变为绿色，如图10所示。

图10 调试设备配置完成后PA13和PA14引脚图

3.配置IO引脚。整个配置过程步骤为：

(1)找到PE12，将其功能设置为GPIO_Output(输出)，如图11所示，设置好后可以看到PE12变为绿色。

图11 PE12设置为输出的过程示意图

(2)配置PE12的输出功能的其他选项，这些选项的配置过程和含义如图12所示。

图12 PE12作为输出时的配置选项示意图

下面我们对这些选项进行逐一介绍。

①GPIO output level。该选项用于初始化IO引脚的电平，有高电平High和低电平Low两个选项，如果选择High，则初始化后，LED0将不会亮；如果选择Low，则初始化完成后LED0将会亮。这里我们采用默认的Low，当STM32CubeMX生成代码后，编译并将生成的hex文件下载到开发板中，可以看到LED亮。

②GPIO mode。该选项为IO引脚做输出时其内部电路的驱动选项，有两个选择，分别为：

●Output Push Pull。该选项为推挽输出选项。

●Output Drain Open。该选项为开漏输出选项。

配置为推挽输出，则IO引脚内部的电路为推挽电路，这种电路可以输出0也可以输出1。配置为开漏输出，则IO引脚内部的电路为开漏电路，这种电路只能输出0不能输出1，要想输出1则必须在引脚的外面引出一个上拉电阻或者使能IO引脚内部的上拉电阻。开漏输出一般用于大电流场合，在本教程的例子中，这些IO引脚控制电路都是小电流场合，所以这里我们采用默认，配置为推挽输出。

●GPIO Pull-up Pull-down。该选项为上下拉电阻使能选项。GD32/STM32的每个IO引脚的内部都有一对受控的上拉电阻和下拉电阻，该选项就用于配置是否使能里面的上拉或者下拉电阻，它里面有3个选择：

·No Pull-up and No Pull-down。既不使能上拉电阻也不使能下拉电阻。

·Pull-up使能上拉电阻。

·Pull-down使能下拉电阻。

由于内部电路的驱动方式使用了推挽方式，所以这里不需要使能上拉电阻也不需要使能下拉电阻，所以我们采用默认的选项--GPIO Pull-up Pull-down既不使能上拉也不使能下拉。

●Maximum output speed。该选项用于配置IO引脚的响应速度，对于本教程的低频场合对这个响应速度不做要求，所以里面的3个选项任意选择一个即可，这里我们采用默认。

●USER Label。该选项为程序员为方便记忆，为引脚取一个别名的选项。比如本例子中，可以为PE12取名为LED0，以方便记忆。不过，这里我们不打算这样做，而是仍然采用默认。

4.配置工程管理

配置工程管理有三个选项，分别是工程Project、代码生成Code Generator和高级设置Advanced Settings三个选项。下面分别介绍这三个选项的配置。

①Project。工程选项主要是填写工程的名字、工程的存放路径、使用的IDE工具和版本、堆栈设置等，他们的设置如图13所示。

图13 工程管理中的Project选项的设置

②Code generator。代码生成选项的配置如图14所示。

图14 代码生成选项示意图

③Advanced Setting。高级设置这里使用默认设置即可。

5.点击Stm32CubeMX右上角的Generate code按钮，生成代码，该按钮如图15所示。

图15 Generate code

6.代码生成后，会弹出如图16所示的对话框。

图16 代码输出结果示意图

其中，

①打开文件夹选项。如果点击该按钮，将会打开生成的MDK工程所在的文件夹；

②打开工程选项。如果点击该选项，将会打开工程。

③关闭选项。点击它，将会关闭该对话框。

我们点击打开工程选项，打开工程，然后编译工程，并将编译结果下载到开发板上，可以看到LED0处于点亮的状态。

7.在工程中添加代码。经过步骤6后，LED0是点亮了，但是例子的目标还没有实现。要想实现例1的目标，可以在主函数中采用如下的结构：

int main(void)
{
      系统初始化；
      while(1)
      {
         LED0亮；
         延时以便能观察到灯亮；
         LED0灭；
         延时以便能观察到灯灭；
    }
}

注意，如果灯亮或灭的持续时间太短，则人眼可能捕捉不到，大家可以试一下。

对于系统初始化，在使用STM32CubeMX输出工程时CubeMX已经调用HAL库的函数/组件进行了初始化，我们不用管。那目前的问题就是如何使得LED0亮/暗和延时，下面分别介绍。

(1)LED0的亮/暗

①亮。使用如下语句来实现

HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);

②灭。使用如何语句实现。

HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);

可以看到，设置IO引脚输出高低电平可以通过调用HAL库中的GPIO写函数HAL_GPIO_WritePin来实现，该函数的最后一个参数为IO引脚的状态，设置为GPIO_PIN_RESET，则引脚输出低电平，设置为GPIO_PIN_SET，则引脚输出高电平。

(2)延时。

HAL库提供了一个基于Systick的延时函数—HAL_Delay()。该函数只有一个整型参数，它延时时以ms为单位，比如如果我们想延时1S，则参数应该设置为1000,也即延时语句应该为

HAL_Delay(1000);

最终，main函数的内容如图17所示

图17 主函数内容示意图

8.对工程进行编译，并将结果下载到开发板上，可以看到开发板上的LED0闪烁，每次亮暗持续时间各位1S，例1目标完成。

1.3 结论及注意事项

1.对于GD32的GPIO引脚，每一个引脚都可以配置为多个功能，作为输出时要配置为GPIO_Output功能。

2.配置为输出功能时，要配置以下两个关联项

①引脚内部电路的驱动方式。IO引脚内部的驱动方式有两种，一种是推挽，一种是开漏。非大电流、灌电流的情况下，使用推挽方式，这种方式下引脚可以输出1也可以输出0，所以不需要配置上拉电阻/下拉电阻的使能。

②输出响应速度，通常使用默认即可。

3.一定要注意在STM32CubeMX中设置调试方式，否则使用ST-LINK下载的时候，你只能按下复位键并同时按下载，才能下载程序。

4.对于GD32/stm32的每一个模块电路，使用的时候都要先使能该模块的时钟，不过，在配置STM32CubeMX输出工程时没有体会到这一点，但是大家一定要警惕。

5.STM32CubeMX在生成代码时，默认调用的是HAL库的函数，HAL库的函数的取名方式为

HAL+模块名称+模块动作(函数参数)

比如本项目中学到的GPIO引脚输出高低电平的函数HAL_GPIO_WritePin。

6.HAL库的延时函数HAL_Delay()的延时以ms为单位。