2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

通過本實(shí)驗(yàn)主要學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：

? GPIO結(jié)構(gòu)及原理；

? GPIO輸出功能實(shí)現(xiàn)；

? LED驅(qū)動原理。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

2.2.1 GPIO外設(shè)原理

GD32F303系列MCU最多可支持 112 個(gè)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(shè)備用其來實(shí)現(xiàn)邏輯輸入/輸出功能。每個(gè) GPIO 端口有相關(guān)的控制和配置寄存器以滿足特定應(yīng)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(guān)的寄存器可以用作備用功能輸入/輸出。每個(gè) GPIO 引腳可以由軟件配置為輸出(推挽或開漏)、輸入、外設(shè)備用功能或者模擬模式。每個(gè) 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(qū)動能力。

GD32F303系列的GPIO端口結(jié)構(gòu)如下圖所示，由該圖可知，GPIO結(jié)構(gòu)可大致分為三個(gè)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(qū)動由輸出控制寄存器進(jìn)行控制，在備用功能輸出情況下，輸出驅(qū)動由外設(shè)備用功能驅(qū)動，具體輸出會通過對電源以及對地的mos管進(jìn)行實(shí)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(shè)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(shí)現(xiàn)功能為輸入電壓由低到高變化時(shí)，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(shí)，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(hù)，在標(biāo)準(zhǔn)IO接口上，ESD保護(hù)為對電源和對地的兩個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)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(rèn)。

另外，需注意GD32F303系列MCU的復(fù)用功能需要按組重映射，如下圖所示，以I2C0引腳重映射配置為例，當(dāng)IIC0_REMAP配置為0時(shí)，IIC0的引腳為PB6和PB7，當(dāng)IIC0_REMAP配置為1時(shí)，IIC0的引腳為PB8和PB9，PB6和PB9不可一同使用，其他外設(shè)的重映射可以參考官方用戶手冊。在配置重映射時(shí)，需要先打開AF時(shí)鐘，然后再進(jìn)行重映射配置。

燒錄口也具有重映射功能，如下圖所示，比如PB3默認(rèn)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。

? 注意，GD32F303系列MCU除了燒錄口以外，其他引腳默認(rèn)為浮空輸入狀態(tài)，在復(fù)位階段引腳電平不確定，由外部決定，如果讀者希望復(fù)位過程中有固定電平，需要外接上下拉電阻，燒錄口的默認(rèn)上下拉情況如下圖 所示。

2.2.2 LED驅(qū)動原理

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

2.3 硬件設(shè)計(jì)

本節(jié)主要介紹GPIO驅(qū)動LED電路。該電路如下圖所示，該電路中具有兩個(gè)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(dāng)GPIO輸出低電平時(shí)，LED電亮，反之熄滅。

2.4 代碼解析

2.4.1 延遲函數(shù)

實(shí)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(shí)器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。首先進(jìn)行systick配置（driver_init()），之后配置微秒延遲計(jì)數(shù)。

C
void driver_init(void)
{
rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
gpio_pin_remap_config(GPIO_SWJ_SWDPENABLE_REMAP,ENABLE);

systick_config();
delay_us_mul=SystemCoreClock/1000000;
}

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

C
static void systick_config(void)
{
SystemCoreClockUpdate();
/* setup systick timer for 1000Hz interrupts */
if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000U)){
/* capture error */
while (1){
}
}
/* configure the systick handler priority */
NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0xFU);
}

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

C
void delay_us(uint32_t count)
{
uint32_t temp;
count=count*delay_us_mul;

if(count>SysTick->LOAD ){
count=SysTick->LOAD ;
}
temp=SysTick->VAL;
if(temp>count)
{
while(SysTick->VAL>(temp-count) && SysTick->VAL<=temp);
}
else {
while(SysTick->VAL<=temp);
while(SysTick->VAL>(SysTick->LOAD-(count-temp)));
}
}
void delay_ms(uint32_t count)
{
count=count*10;
do{
delay_us(100);
}while(count--);
}

2.4.2 LED配置函數(shù)

LED相關(guān)配置函數(shù)實(shí)現(xiàn)在bsp_led.c文件中，首先將LED進(jìn)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(guān)LED進(jìn)行相關(guān)配置。

C
LED_Def(LED0,E,5,SET); ?????// PE5定義為LED0，LED OFF的IO初始態(tài)高
LED_Def(LED1,E,6,SET); ?????// PE6定義為LED1

gpio_Def_extern(LED0);
gpio_Def_extern(LED1);

define gpio_Def_extern(name) \

extern typdef_gpio_general name

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(jìn)行成組初始化。

C
const void* LED_INIT_GROUP[]={&LED0,&LED1};
void bsp_led_init(typdef_gpio_general *LEDx)
{
driver_gpio_general_init(LEDx);
}
void bsp_led_group_init(void)
{
uint8_t i;
for(i=0;i<LED_INIT_SIZE;i++)
{
bsp_led_init(((typdef_gpio_general *)LED_INIT_GROUP[i]));
}
}

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

C
void bsp_led_on(typdef_gpio_general *LEDx)
{
driver_gpio_pin_write(LEDx,(bit_status)!(LEDx->default_state));
}
void bsp_led_off(typdef_gpio_general *LEDx)
{
driver_gpio_pin_write(LEDx,LEDx->default_state);
}
void bsp_led_toggle(typdef_gpio_general *LEDx)
{
driver_gpio_pin_toggle(LEDx);
}

2.4.3 主函數(shù)

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

C
int main(void)
{
delay_init();
bsp_led_group_init();
bsp_led_toggle(&LED1);
while (1)
{
delay_ms(1000);
bsp_led_toggle(&LED0);
bsp_led_toggle(&LED1);
}
}

2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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

實(shí)驗(yàn)結(jié)果視頻詳見飛書文檔

若讀者希望使用其他IO驅(qū)動LED，只需修改注冊函數(shù)中對應(yīng)的LED引腳即可，使用非常方便。

紅楓派開發(fā)板使用手冊：??????????????????????????????????????????????????GD32F303紅楓派使用手冊 - 飛書云文檔 (feishu.cn)