1. GPIO-流水燈實驗

1.1 實驗內(nèi)容

通過本實驗主要學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：

? GPIO結(jié)構(gòu)及原理；

? GPIO輸出功能實現(xiàn)；

? LED驅(qū)動原理。

1.2 實驗原理

1.2.1 GPIO外設(shè)原理

GD32H7系列MCU最多支持135 個通用 I/O 引腳（GPIO），分別為 PA0 ~ PA10， PA13 ~ PA15， PB0 ~ PB15，PC0 ~ PC15， PD0 ~ PD15， PE0 ~ PE15， PF0 ~ PF15， PG0 ~ PG15， PH0 ~ PH15， PJ8

~ PJ11， PK0 ~ PK2。各片上設(shè)備用其來實現(xiàn)邏輯輸入/輸出功能。每個 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。片上設(shè)備 GPIO 引腳的外部中斷由 EXTI 模塊的寄存器控制和配置。

GPIO 端口和其他的備用功能（AFs）備用引腳，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引腳，備用功能輸入/輸出都可以。每個 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 GPIO 引腳都可以配置為上拉、 下拉或無上拉/下拉。除模擬模式外，所有的 GPIO 引腳都具備大電流驅(qū)動能力。

GD32H7xx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管進行實現(xiàn)，上下拉電阻對輸出也有作用；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)器的實現(xiàn)功能為輸入電壓由低到高變化時，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，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，在標準IO接口上，ESD保護為對電源和對地的兩個反向二極管，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），故使用標準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，5VT引腳可通過數(shù)據(jù)手冊查看確認。

GD32H7系列MCU引腳的復(fù)用功能通過AF表進行查閱，具體如下圖所示。

1.2.2 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，可通過外部電路進行驅(qū)動，有單色的也有多色的，可通過電壓或電流來進行驅(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)計中介紹本例程所用LED驅(qū)動的原理。

1.3 硬件設(shè)計

本節(jié)主要介紹GPIO驅(qū)動LED電路。該電路如下圖所示，該電路中具有四個LED，一端接地，另外一端通過4.7k歐姆限流電阻連接至GPIO，當(dāng)GPIO輸出高電平時，LED電亮，反之熄滅。對應(yīng)的GPIO引腳分別為PE3/PC13/PG3/PE2。

1.4 代碼解析

1.4.1 驅(qū)動初始化函數(shù)

驅(qū)動初始化函數(shù)如下所示，主要功能為延遲初始化、LCD初始化等，其中延遲使用systick定時器進行實現(xiàn)。在該函數(shù)中使能了內(nèi)部cache、中斷向量表拷貝到SRAM起始并進行中斷向量偏移、同時若使能LCD，將會進行LCD初始化以及顯示。

C
SET_FLASH_AREA void driver_init(void)
{

static __IO uint8_t vector_table[0x400]__attribute__((section(".ARM.__at_0x24000000")));

driver_system_config();

for(uint16_t t=0;t<0x400;t++)
{
vector_table[t]=REG8(0x08000000+t);
}
nvic_vector_table_set(NVIC_VECTTAB_RAM, 0);

cache_enable();
delay_init();

if (LCD_DEBUG == 1)

bsp_lcd_init(); ????????????????/* 初始化LCD */
bsp_lcd_clear(WHITE);
//顯示log圖片
bsp_show_log();
//設(shè)置打印窗口
bsp_lcd_printf_init(10,109,bsp_lcd_parameter.width-1,bsp_lcd_parameter.height-1,FONT_ASCII_16_8,WHITE,BLUE);

endif

}

1.4.2 LED配置函數(shù)

LED相關(guān)配置函數(shù)實現(xiàn)在bsp_led.c文件中，首先將LED進行注冊，注冊語句如下，注冊之后即可通過別名的方式對相關(guān)LED進行相關(guān)配置。

C
/* LED定義注冊 */
LED_DEF(LED1,E,3,RESET); ?????/* PE3定義為LED1 */
LED_DEF(LED2,C,13,RESET); ?????/* PC13定義為LED2 */
LED_DEF(LED3,G,3,RESET); ?????/* PG3定義為LED3 */
LED_DEF(LED4,E,2,RESET); ?????/* PE2定義為LED4 */

LED初始化函數(shù)如下，可以通過別名數(shù)組的方式對LED GPIO進行成組初始化。

C
const void* LED_INIT_GROUP[]={&LED1,&LED2,&LED3,&LED4};
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);
}

1.4.3 主函數(shù)

本例程主函數(shù)如下所示，首先進行驅(qū)動初始化，之后進行LED初始化，然后初始化串口并打印”Stream LED demo.“的log，在while(1)主循環(huán)中延遲100ms進行順序循環(huán)翻轉(zhuǎn)LED，以實現(xiàn)流水燈現(xiàn)象。

C
int main(void)
{
uint8_t i=0;
driver_init();
bsp_led_group_init();
bsp_uart_init(&BOARD_UART); ????????/* 板載UART初始化 */
printf_log("Stream LED demo.\r\n");
while(1)
{
delay_ms(100);
bsp_led_toggle(((typdef_gpio_general *)LED_INIT_GROUP[i++%LED_SIZE]));
}
}

1.5 實驗結(jié)果

將本例程編譯通過后，燒錄到紫藤派開發(fā)板中，運行后可觀察到LED1-LED4順序點亮，實現(xiàn)流水燈的功能.