1.1 实验内容

通过本实验主要学习以下内容：

• GPIO结构及原理；

• GPIO输出功能实现；

• LED驱动原理。

1.2 实验原理

1.2.1 GPIO外设原理

GD32F4xx系列MCU最多可支持 140 个通用 I/O 引脚（GPIO），分别为 PA0 ~ PA15， PB0 ~ PB15， PC0 ~ PC15，PD0 ~ PD15， PE0 ~ PE15， PF0 ~ PF15， PG0 ~ PG15， PH0 ~ PH15 和 PI0 ~ PI11，各片上设备用其来实现逻辑输入/输出功能。每个 GPIO 端口有相关的控制和配置寄存器以满足特定应用的需求。 GPIO 引脚上的外部中断在中断/事件控制器（EXTI）中有相关的控制和配置寄存器。

GPIO 端口和其他的备用功能（AFs）共用引脚，在特定的封装下获得最大的灵活性。 GPIO 引脚通过配置相关的寄存器可以用作备用功能引脚，备用功能输入/输出都可以。每个 GPIO 引脚可以由软件配置为输出（推挽或开漏）、输入、外设备用功能或者模拟模式。每个GPIO 引脚都可以配置为上拉、下拉或无上拉/下拉。除模拟模式外，所有的 GPIO 引脚都具备大电流驱动能力。

GD32F4xx系列的GPIO端口结构如下图所示，由该图可知，GPIO结构可大致分为三个部分：1、输出控制，可配置为推挽输出以及备用功能输出，在推挽输出情况下，输出驱动由输出控制寄存器进行控制，在备用功能输出情况下，输出驱动由外设备用功能驱动，具体输出会通过对电源以及对地的mos管进行实现，上下拉电阻对输出也有作用；2、输入控制，输入可配置内部上拉或者下拉，内部上下拉电阻均为40K左右，然后通过内部施密特触发器输入到内部，之后可以外设通过备用功能输入或者通过输入状态寄存器读取，施密特触发器的实现功能为输入电压由低到高变化时，低于VIL为低，高于VIH为高，在VIL和VIH之间为低，输入电压由高到低变化时，高于VIH为高，低于VIH为低，在VIL和VIH之间为高，因而为了可靠读取输入电平状态，输入电压高电平需要高于VIH，低电平需要低于VIL才可靠，一般VIL为0.3 VDD，VIH为0.7 VDD；3、ESD保护，在标准IO接口上，ESD保护为对电源和对地的两个反向二极管，因而若引脚电压高于VDD电压，可能存在漏电现象（通过反向二极管漏电到VDD），故使用标准IO接口需注意引脚输入电压不可高于VDD电压，另外有一类IO接口为5VT引脚，该引脚可耐5V电压输入，不存在引脚漏电现象，如果设计中存在引脚先于电源上电的情况，该引脚需要使用5VT引脚，避免引脚漏电，5VT引脚可通过数据手册查看确认。

GD32F4xx系列MCU引脚的复用功能通过AF表进行查阅，具体如下图所示。

1.2.2 LED驱动原理

LED是一种半导体发光元件，可以将电能转换为光能，可通过外部电路进行驱动，有单色的也有多色的，可通过电压或电流来进行驱动，驱动亮度可调。LED驱动比较简单，后续会在硬件设计中介绍本例程所用LED驱动的原理。

1.3 硬件设计

本节主要介绍GPIO驱动LED电路。该电路如下图所示，该电路中具有四个LED，一端接地，另外一端通过4.7k欧姆限流电阻连接至GPIO，当GPIO输出高电平时，LED电亮，反之熄灭。对应的GPIO引脚分别为PE3/PC13/PG3/PA5。

1.4 代码解析

1.4.1 驱动初始化函数

驱动初始化函数如下所示，主要功能为延迟初始化、LCD初始化等，其中延迟使用systick定时器进行实现。

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);
//显示log图片
bsp_show_log();
//设置打印窗口
bsp_lcd_printf_init(10,109,bsp_lcd_parameter.width-1,bsp_lcd_parameter.height-1,FONT_ASCII_16_8,WHITE,BLUE);

endif

}

延迟配置函数如下所示，通过该函数开启sysitck。

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

如果需要进行LCD显示，需要打开LCD_DEBUG宏定义。

1.4.2 LED配置函数

LED相关配置函数实现在bsp_led.c文件中，首先将LED进行注册，注册语句如下，注册之后即可通过别名的方式对相关LED进行相关配置。

C
LED_DEF(LED1,E,3,RESET);      /* PE3定义为LED1，LED OFF的IO初始态低 */
LED_DEF(LED2,C,13,RESET);      /* PC13定义为LED2 */
LED_DEF(LED3,G,3,RESET);      /* PG3定义为LED3 */
LED_DEF(LED4,A,5,RESET);      /* PA5定义为LED4 */

LED初始化函数如下，可以通过别名数组的方式对LED GPIO进行成组初始化。

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初始化之后即可对相关LED进行输出相关操作，开发板历程中提供了输出高、低以及翻转的配置函数，可供使用者方便调用。

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 主函数

本例程主函数如下所示，首先进行驱动初始化，之后进行LED初始化，然后初始化串口并打印”Stream LED demo.“的log，在while(1)主循环中延迟100ms进行顺序循环翻转LED，以实现流水灯现象。

C
int main(void)
{
uint8_t i=0;
driver_init();
bsp_led_group_init();
bsp_uart_init(&BOARD_UART);         /* 板载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 实验结果

将本例程编译通过后，烧录到紫藤派开发板中，运行后可观察到LED1-LED4顺序点亮，实现流水灯的功能。

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