2.1 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。

2.2 实验原理

2.2.1 GPIO外设原理

GD32F303系列MCU最多可支持 112 个通用I/O 引脚(GPIO)，分别为 PA0 ~ PA15， PB0 ~ PB15， PC0 ~ PC15，PD0 ~ PD15， PE0 ~ PE15， PF0 ~ PF15 和 PG0 ~ PG15，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 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输入/输出。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、下拉或浮空。除模拟模式外，所有的 GPIO 引脚都具备大电流驱动能力。

GD32F303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；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，如下图所示，5VT引脚可通过数据手册查看确认。

另外，需注意GD32F303系列MCU的复用功能需要按组重映射，如下图所示，以I2C0引脚重映射配置为例，当IIC0_REMAP配置为0时，IIC0的引脚为PB6和PB7，当IIC0_REMAP配置为1时，IIC0的引脚为PB8和PB9，PB6和PB9不可一同使用，其他外设的重映射可以参考官方用户手册。在配置重映射时，需要先打开AF时钟，然后再进行重映射配置。

烧录口也具有重映射功能，如下图所示，比如PB3默认作为JTAG功能使用，如果读者希望作为GPIO使用，则需要配置禁用JTAG使能SWD。

• 注意，GD32F303系列MCU除了烧录口以外，其他引脚默认为浮空输入状态，在复位阶段引脚电平不确定，由外部决定，如果读者希望复位过程中有固定电平，需要外接上下拉电阻，烧录口的默认上下拉情况如下图 所示。

2.2.2 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。

2.3 硬件设计

本节主要介绍GPIO驱动LED电路。该电路如下图所示，该电路中具有两个LED，共阳极连接3.3V，另外一端通过1k欧姆限流电阻连接至GPIO，当GPIO输出低电平时，LED电亮，反之熄灭。

2.4 代码解析

2.4.1 延迟函数

实现延迟初始化函数如下所示，历程中的延迟使用systick定时器进行实现。首先进行systick配置（driver_init()），之后配置微秒延迟计数。

C
void driver_init(void)
{
rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
gpio_pin_remap_config(GPIO_SWJ_SWDPENABLE_REMAP,ENABLE);

systick_config();
delay_us_mul=SystemCoreClock/1000000;
}

systick配置函数如下所示，通过该函数开启sysitck。

C
static void systick_config(void)
{
SystemCoreClockUpdate();
/* setup systick timer for 1000Hz interrupts */
if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000U)){
/* capture error */
while (1){
}
}
/* configure the systick handler priority */
NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0xFU);
}

微秒及毫秒配置函数如下所示，微秒通过systick定时查询实现，毫秒通过微秒实现。

C
void delay_us(uint32_t count)
{
uint32_t temp;
count=count*delay_us_mul;

if(count>SysTick->LOAD ){
count=SysTick->LOAD ;
}
temp=SysTick->VAL;
if(temp>count)
{
while(SysTick->VAL>(temp-count) && SysTick->VAL<=temp);
}
else {
while(SysTick->VAL<=temp);
while(SysTick->VAL>(SysTick->LOAD-(count-temp)));
}
}
void delay_ms(uint32_t count)
{
count=count*10;
do{
delay_us(100);
}while(count--);
}

2.4.2 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(LED0,E,5,SET);      // PE5定义为LED0，LED OFF的IO初始态高
LED_Def(LED1,E,6,SET);      // PE6定义为LED1

gpio_Def_extern(LED0);
gpio_Def_extern(LED1);

define gpio_Def_extern(name) \

extern typdef_gpio_general name

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[]={&LED0,&LED1};
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);
}

2.4.3 主函数

本例程主函数如下所示，首先进行延迟初始化，之后进行LED初始化，然后先翻转LED1，之后延迟200ms后延迟LED0和LED1，从而实现LED0和LED1的交替闪烁。

C
int main(void)
{
delay_init();
bsp_led_group_init();
bsp_led_toggle(&LED1);
while (1)
{
delay_ms(1000);
bsp_led_toggle(&LED0);
bsp_led_toggle(&LED1);
}
}

2.5 实验结果

将本例程编译通过后，烧录到红枫派开发板中，运行后可观察到LED0和LED1每秒钟交叉闪烁，实现流水灯的功能。

实验结果视频详见飞书文档

若读者希望使用其他IO驱动LED，只需修改注册函数中对应的LED引脚即可，使用非常方便。

红枫派开发板使用手册：‌​​⁣​⁤‬⁢‬⁤⁡‍​⁡‌⁡‍‍‬‍⁡⁣⁤‍‍​⁣‍‬​‍⁢​⁢⁣​‍⁤⁤‬‌‌⁡‌​GD32F303红枫派使用手册 - 飞书云文档 (feishu.cn)