硬件设计技巧：三类GPIO接口的实用指南

今天教大家一些关于硬件设计的的技巧,只要掌握好三类GPIO，轻松玩好硬件设计。

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 ▼

 

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

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）。

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

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。

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）。

审核编辑 黄宇