不可错过的三类GPIO硬件设计指南!

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今天我们学习三类GPIO硬件设计,这三类绝对是不可错过的,本文将把三类设计的重要性展示出来:

本文所介绍的GPIO设计指导,都是针对Air780E用于LuatOS开发方式时的一些注意事项,AT指令开发版本不支持GPIO操作。

Air780E模组共支持GPIO0~GPIO31合计32个GPIO和WAKEUP0~5合计6个唤醒管脚,其中:

32个GPIO口本身有多重复用功能,大家需要根据实际应用进行选择配置;

32个GPIO中,又可分为普通GPIO和AGPIO,在接下来的表格中,会详细介绍这两种GPIO的定义和区别;

6个WAKEUP管脚中,部分也可以配置为GPIO功能,在接下来的表格中,也将详细介绍WAKEUP管脚的注意事项。

一、GPIO复用表

对于GPIO功能复用,请参考如下表格(可通过下方链接下载最新版)。

最新资料详见:

https://docs.openluat.com/air780e/luatos/hardware/design/gpio/

▼ GPIO复用表 ▼

GPIOGPIOGPIO

二、GPIO特性

Air780E的GPIO口根据不同的特性,可以分为三种类型:

普通IO

AGPIO

Wakeup IO

不同特性的GPIO,其驱动能力以及在低功耗模式/PSM+模式下的表现区别比较大,在使用这些特性的GPIO时尤其要注意;

AGPIO也常被写作为:AONGPIO、AON_GPIO,以下均以AGPIO的写法进行描述。

1. 普通IO

Air780E大部分管脚为普通GPIO(上图GPIO复用表格中灰色底色的IO);

Air780E系统为了在休眠模式下有极致的低功耗性能,会在模组进入休眠/深休眠模式时,关闭GPIO供电(VDD_EXT),因此会导致所有以VDD_EXT为电源域的GPIO会进入下电状态。

在使用普通GPIO时,要尤其注意在休眠状态下GPIO的掉电状态对控制外设造成的误动作风险。

▼ 普通IO相关特性 ▼

电压域:VDD_EXT(1.8/3.3V可配置)

输入输出:可以配置

上下拉:内部可配置

输入中断:
上下边沿触发/双边沿触发/高低电平触发(休眠后无法响应中断)

休眠电平保持:不可保持

休眠唤醒:不可唤醒模组

驱动能力:单个普通GPIO驱动能力<=10mA

GPIO

2. AGPIO

AGPIO管脚为休眠可保持管脚(GPIO复用表格中绿色底色IO管脚);

这类管脚电源域为长保持的LDO_AONIO电源(为内部电源,模组外部不可测量),这类电源在模组低功耗模式/PSM+下,仍然能够保持供电,因此AGPIO管脚在休眠状态下能够保持电平。

AGPIO管脚可以用于休眠状态下仍然需要保持工作状态的外设。

▼ AGPIO相关特性 ▼

电压域:LDO_AONIO(1.8/3.3V)

输入输出:可以配置

上下拉:内部可配置

输入中断:
上下边沿触发/双边沿触发/高低电平触发(休眠后无法响应中断)

休眠电平保持:可保持

休眠唤醒:不可唤醒模组

驱动能力:

AGPIOWU0/1/3(MAIN_DTR):30μA;

AGPIO3~8:5mA(所有AGPIO总共驱动电流不能超过5mA)。

GPIO

3. Wakeup IO

Air780E模组包含6个特殊管脚:
WAKEUP0~WAKEUP5

此类型IO为中断唤醒管脚,能够在模组休眠状态下响应外部中断从而使模组退出休眠状态,因此这类IO管脚在休眠状态下也能保持供电。

注意:Wakeup IO仅支持输入,不能配置为输出,且固定电平不可配置。

▼ Wakeup IO相关特性 ▼

电压域:LDO_AON(2V,不可配置)

输入输出:仅输入

上下拉:内部可配置

输入中断:上下边沿触发/双边沿触发/高低电平触发

休眠电平保持:可保持

休眠唤醒:支持

驱动能力:30μA

GPIO

三、GPIO应用注意事项

1. 普通GPIO以及相应的电压域VDD_EXT,在休眠时会输出频繁百ms级别的高脉冲,极易导致连接的外设误动作。

原因解析:

Air780E的休眠特性,VDD_EXT在休眠状态下会关闭,但是Air780E系统在休眠的整个时期内并不是一直保持稳定休眠状态,需要不定时唤醒起来与4G网络交互以保持网络连接,因此VDD_EXT会随着模组唤醒而打开。而大部分普通GPIO默认是I&PU状态,就会被VDD_EXT拉高,导致输出高脉冲。

设计建议:

在一些需要休眠状态下正常工作的外设的控制(比如LED控制)不建议使用普通GPIO,可以使用AGPIO。

由于AGPIO数量有限,在必须用普通GPIO的情况下,可以在普通GPIO上做外接10K电阻下拉(如下图R23),可以大幅减小休眠时输出的高脉冲幅值,使得减小到外设的高电平判别门限以下,也可以避免误动作的情况,但是相应的在某些情况下,会增加功耗,请根据实际情况酌情做出选择。

GPIO

2. Wakeup IO类型的GPIO不要用VDD_EXT或者普通GPIO上拉,会导致系统无法进入休眠。

原因解析:

Air780E的休眠特性使得普通GPIO管脚和VDD_EXT会在休眠状态下输出高脉冲,会使得Wakeup IO收到中断而导致系统被唤醒,无法进入休眠模式。

设计建议:使用内部的上下拉。

3. Wakeup IO类型的GPIO不要直接连接主控MCU的IO管脚,会导致电平不一致而影响系统稳定性。

原因解析:

Wakeup IO管脚电平是2V左右,这个与大多数MCU的IO电平不匹配,而且Wakeup IO的供电为内部的LDO_AON,而这个供电会给系统启动相关的部分供电,比如reset管脚,因此Wakeup IO上由于电平不匹配而导致的漏洞,有可能会影响系统稳定性。

设计建议:

使用二极管或者三极管来隔离(如下图)。

GPIO

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审核编辑 黄宇

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