1.1實驗內容

通過本實驗主要學習以下內容：

• GPIO結構及原理；
• GPIO輸出功能實現；
• LED驅動原理。

1.2實驗原理

1.2.1GPIO外設原理

GD32F4xx系列MCU最多可支持140個通用I/O引腳（GPIO），分別為PA0 ~ PA15，PB0 ~ PB15，PC0 ~ PC15，PD0 ~ PD15，PE0 ~ PE15，PF0 ~ PF15，PG0 ~ PG15，PH0 ~ PH15和PI0 ~ PI11，各片上設備用其來實現邏輯輸入/輸出功能。每個GPIO端口有相關的控制和配置寄存器以滿足特定應用的需求。GPIO引腳上的外部中斷在中斷/事件控制器（EXTI）中有相關的控制和配置寄存器。

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動能力。

GD32F4xx系列的GPIO端口結構如下圖所示，由該圖可知，GPIO結構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，輸出驅動由外設備用功能驅動，具體輸出會通過對電源以及對地的mos管進行實現，上下拉電阻對輸出也有作用；2、輸入控制，輸入可配置內部上拉或者下拉，內部上下拉電阻均為40K左右，然后通過內部施密特觸發器輸入到內部，之后可以外設通過備用功能輸入或者通過輸入狀態寄存器讀取，施密特觸發器的實現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，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，不存在引腳漏電現象，如果設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引腳可通過數據手冊查看確認。

GD32F4xx系列MCU引腳的復用功能通過AF表進行查閱，具體如下圖所示。

1.2.2LED驅動原理

LED是一種半導體發光元件，可以將電能轉換為光能，可通過外部電路進行驅動，有單色的也有多色的，可通過電壓或電流來進行驅動，驅動亮度可調。LED驅動比較簡單，后續會在硬件設計中介紹本例程所用LED驅動的原理。

1.3硬件設計

本節主要介紹GPIO驅動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GPIO輸出高電平時，LED電亮，反之熄滅。對應的GPIO引腳分別為PE3/PC13/PG3/PA5。

1.4代碼解析

1.4.1驅動初始化函數

驅動初始化函數如下所示，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。

C
void driver_init(void)
{
delay_init();
// rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
// gpio_pin_remap_config(GPIO_SWJ_SWDPENABLE_REMAP,ENABLE);
#if (LCD_DEBUG == 1)
// #include "bsp_lcd.h"
bsp_lcd_init(); /* 初始化LCD */
bsp_lcd_clear(WHITE);
//顯示log圖片
bsp_show_log();
//設置打印窗口
bsp_lcd_printf_init(10,109,bsp_lcd_parameter.width-1,bsp_lcd_parameter.height-1,FONT_ASCII_16_8,WHITE,BLUE);
#endif
}

延遲配置函數如下所示，通過該函數開啟sysitck。

C
void delay_init(void)
{
SystemCoreClockUpdate();
systick_config();
delay_us_mul=SystemCoreClock/1000000;
}

如果需要進行LCD顯示，需要打開LCD_DEBUG宏定義。

1.4.2LED配置函數

LED相關配置函數實現在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LED進行相關配置。

C
LED_DEF(LED1,E,3,RESET); /* PE3定義為LED1，LED OFF的IO初始態低 */
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,A,5,RESET); /* PA5定義為LED4 */

LED初始化函數如下，可以通過別名數組的方式對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
{
bsp_led_init(((typdef_gpio_general *)LED_INIT_GROUP[i]));
}
}

LED初始化之后即可對相關LED進行輸出相關操作，開發板歷程中提供了輸出高、低以及翻轉的配置函數，可供使用者方便調用。

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

本例程主函數如下所示，首先進行驅動初始化，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)主循環中延遲100ms進行順序循環翻轉LED，以實現流水燈現象。

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實驗結果

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

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