AT32讲堂029 | AT32F421 GPIO使用指南

 

 

GPIO特性 

最大封装（48pin）具有39个多功能双向的I/O口

所有I/O口都可以映射到16个外部中断

几乎所有I/O口可容忍5V输入信号（4个LEXT / HEXT引脚除外）

所有I/O口均为快速I/O，寄存器存取速度最高fAHB

I/O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

每个GPIO引脚都可以由软件配置成输出(推挽或开漏)、输入(带或不带上拉或下拉)或复用的外设功能端口

可选的每个I/O口的电流推动/吸入能力

GPIO设置/清除寄存器（GPIOx_SCR）和GPIO清除寄存器（GPIOx_CLR）为GPIOx_ODT寄存器提供位访问能力

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。

当作为输出配置时，写到输出数据寄存器（GPIOx_ODT）上的值会输出到相应的I/O引脚。可以以推挽模式或开漏模式（仅低电平被驱动，高电平表现为高阻）使用输出驱动器。

输入数据寄存器（GPIOx_IDT）在每个AHB时钟周期捕捉I/O引脚上的数据。

所有GPIO引脚有一个内部弱上拉和弱下拉，它们被激活或断开有赖于GPIOx_PULL寄存器的值。

图1. GPIO基本结构

表1. GPIO 配置表

GPIO toggle

AT32F421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60MHz：

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

表2. TC引脚示例

带模拟功能5 V容忍引脚（FTa）

比较器输入引脚以及ADC占用端口为带模拟功能5 V容忍引脚。

• PA0 – PA7
• PB0 – PB2，PB12 – PB15
• 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

表3. FTa引脚示例

5V容忍引脚（FT）

其余的GPIO都为5V容忍引脚。表4. 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 / CMP_OUT）
• 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5. 通过GPIOA_MUX*寄存器配置端口A的复用功能

表6. 通过GPIOB_MUX*寄存器配置端口B的复用功能

表7. 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

备份域引脚

当1.2V区域断电(当器件进入待机模式)时，PC13/PC14/PC15失去GPIO功能。在这种情况下，若GPIO配置没有被RTC配置为bypass，则这些引脚被设为模拟输入模式。

• 以下内容在F421系列不存在：模拟开关（power switch）只能通过少量的电流（3mA），在输出模式下使用PC13/PC14/PC15的I/O口功能是有限制的：只能工作在适中电流推动/吸入能力模式下，最大负载为30pF，而且这些I/O口绝对不能当作电流源（如驱动LED）。

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keil 5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,keil 4/5）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：

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：

模拟模式

当需要使用ADC或CMP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：

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MUX7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。

USARTI/O复用模式配置

TMR I/O复用模式配置

I2C I/O复用模式配置

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，专注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研发与创新，全系列采用55nm先进工艺及ARM Cortex-M4高效能或M0+低功耗内核，缔造M4业界最高主频288MHz运算效能，并支持工业级别芯片工作温度范围（-40°~105°）。雅特力目前已累积相当多元的终端产品成功案例：如微型打印机、扫地机、光流无人机、热成像仪、激光雷达、工业缝纫机、伺服驱控、电竞周边市场、断路器、ADAS、T-BOX、数字电源、电动工具等终端设备应用，广泛地覆盖5G、物联网、消费、商务及工控等领域。