GD32的GPIO口的輸出功能-LED0閃爍實(shí)驗(yàn)

硬件：深圳標(biāo)航科技有限公司 暴風(fēng) 開發(fā)板

處理器:GD32F103VET6

開發(fā)環(huán)境：MDK(keil 5) + STM32CubeMX

1.1 GD32F103VET6的IO引腳圖

由于GD32和STM32是PIN對(duì)PIN的，他們的引腳排列、封裝、大小都完全相同，所以GD32F103VET6的引腳結(jié)構(gòu)與STM32F103VET6完全一樣，由于大家都對(duì)STM32比較熟悉，所以這里直接采用STM32F103VET6的引腳圖當(dāng)做GD32F103VET6的引腳圖，該引腳圖如圖1所示。

圖1 GD32F103VET6的引腳分布圖

由圖可見，GD32F103VET6 (在后續(xù)介紹中，簡(jiǎn)寫為GD32)一共有100個(gè)引腳，其中既可以做輸入，也可以做輸出的引腳(成為IO引腳)一共有80個(gè)，這80個(gè)引腳分為PA、PB、PC、PD和PE一共5組，每組包含16個(gè)引腳。在圖1中，這些IO引腳的顏色為灰色。

我們?cè)赟TM32CubeMX的引腳搜索框中輸入某組引腳名，可以看到該組引腳會(huì)閃爍，閃爍時(shí)顏色為灰色和黑色交替變化。例如，我們?cè)谝_搜索框中輸入PE，可以看到變?yōu)楹谏珪r(shí)的效果如圖2所示。

圖2 在引腳搜索框輸入PE時(shí)芯片PE組引腳變黑色示意圖

如果輸入的是具體的某一個(gè)引腳，比如PE12，可以看到PE12閃爍，顏色也是灰色和黑色交替變化。將鼠標(biāo)移到PE12的上方用左鍵點(diǎn)擊，會(huì)彈起PE12引腳的功能列表如圖3所示。

圖3 PE12引腳功能列表示意圖

可以看到，PE12除了作為輸入(GPIO_Input)和輸出(GPIO_Output)外，還有其他7種功能。處理器的IO引腳除了可以作為輸入輸出引腳外，還能夠作為其他模塊，比如定時(shí)器的輸出、SPI模塊的引腳、串口的功能引腳等功能，具有“通用性”，所以這類引腳我們用通用IO引腳來(lái)描述，叫GPIO引腳，以區(qū)別于功能比較單一的如51單片機(jī)之類的IO引腳。

1.2 GD32的引腳輸出功能應(yīng)用配置

將GD32的GPIO引腳配置為輸出后，可以讓該引腳輸出高電平或者低電平以控制外部電路。

比如，如圖4所示的LED燈電路，LED的陽(yáng)極接3.3V，陰極接PE12，由二極管的單向?qū)щ娦钥芍?，要想讓LED0亮，我們應(yīng)該讓PE12輸出低電平。

圖4 LED0電路示意圖

又如，如圖5所示的有源蜂鳴器(有源蜂鳴器是有電流流過(guò)蜂鳴器時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)聲)電路，要想有源蜂鳴器響，則應(yīng)該讓電流流過(guò)蜂鳴器，而要想讓蜂鳴器有電流流過(guò)，三極管S8050的CE端必須導(dǎo)通，而要想S8050的CE端導(dǎo)通，則必須讓PB2輸出高電平。所以，此時(shí)要配置PB2輸出高電平，蜂鳴器才會(huì)發(fā)聲。

圖5 有源蜂鳴器電路圖

了解了GPIO口的輸出功能后，下面我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)進(jìn)一步學(xué)習(xí)GPIO引腳輸出功能的使用。

【例1】已知LED0與GD32的連接圖如圖4所示，編寫程序，實(shí)現(xiàn)LED0的閃爍效果。

【實(shí)現(xiàn)過(guò)程】

1.配置芯片時(shí)鐘，分為2步。

①.配置芯片高速時(shí)鐘使用外部晶體/陶瓷晶振和GD32的內(nèi)部時(shí)鐘調(diào)整模組配合產(chǎn)生的時(shí)鐘作為芯片主要時(shí)鐘源，其配置過(guò)程如圖6所示。

圖6 配置芯片高速時(shí)鐘選項(xiàng)示意圖

②.配置芯片系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，其配置過(guò)程如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)時(shí)鐘配置過(guò)程圖

配置好后，HCLK以及定時(shí)器模塊的內(nèi)部時(shí)鐘頻率都為72MHz,而APB1總線和APB2總線掛接的模塊的頻率則為36Mhz。

2.配置調(diào)試選項(xiàng)。在本教程中，我們使用的調(diào)試工具都為如圖8所示的10PIN的ST-link。

圖8 10PIN的ST-LINK示意圖

這需要在STM32CubeMX的調(diào)試選擇項(xiàng)中選擇調(diào)試方式為Serial wire(串口線)，其選擇過(guò)程如圖9所示。

圖9 調(diào)試選擇示意圖

注意：如果不選擇該選項(xiàng)，則使用ST-LINK下載程序時(shí)，就需要按復(fù)位鍵，然后再在MDK中點(diǎn)擊下載按鈕下載程序。

在圖9中將調(diào)試模式設(shè)置為Serail Wire后，可以看到PA13和PA14這兩個(gè)默認(rèn)的串口下載數(shù)據(jù)和時(shí)鐘引腳會(huì)變?yōu)榫G色，如圖10所示。

圖10 調(diào)試設(shè)備配置完成后PA13和PA14引腳圖

3.配置IO引腳。整個(gè)配置過(guò)程步驟為：

(1)找到PE12，將其功能設(shè)置為GPIO_Output(輸出)，如圖11所示，設(shè)置好后可以看到PE12變?yōu)榫G色。

圖11 PE12設(shè)置為輸出的過(guò)程示意圖

(2)配置PE12的輸出功能的其他選項(xiàng)，這些選項(xiàng)的配置過(guò)程和含義如圖12所示。

圖12 PE12作為輸出時(shí)的配置選項(xiàng)示意圖

下面我們對(duì)這些選項(xiàng)進(jìn)行逐一介紹。

①GPIO output level。該選項(xiàng)用于初始化IO引腳的電平，有高電平High和低電平Low兩個(gè)選項(xiàng)，如果選擇High，則初始化后，LED0將不會(huì)亮；如果選擇Low，則初始化完成后LED0將會(huì)亮。這里我們采用默認(rèn)的Low，當(dāng)STM32CubeMX生成代碼后，編譯并將生成的hex文件下載到開發(fā)板中，可以看到LED亮。

②GPIO mode。該選項(xiàng)為IO引腳做輸出時(shí)其內(nèi)部電路的驅(qū)動(dòng)選項(xiàng)，有兩個(gè)選擇，分別為：

●Output Push Pull。該選項(xiàng)為推挽輸出選項(xiàng)。

●Output Drain Open。該選項(xiàng)為開漏輸出選項(xiàng)。

配置為推挽輸出，則IO引腳內(nèi)部的電路為推挽電路，這種電路可以輸出0也可以輸出1。配置為開漏輸出，則IO引腳內(nèi)部的電路為開漏電路，這種電路只能輸出0不能輸出1，要想輸出1則必須在引腳的外面引出一個(gè)上拉電阻或者使能IO引腳內(nèi)部的上拉電阻。開漏輸出一般用于大電流場(chǎng)合，在本教程的例子中，這些IO引腳控制電路都是小電流場(chǎng)合，所以這里我們采用默認(rèn)，配置為推挽輸出。

●GPIO Pull-up Pull-down。該選項(xiàng)為上下拉電阻使能選項(xiàng)。GD32/STM32的每個(gè)IO引腳的內(nèi)部都有一對(duì)受控的上拉電阻和下拉電阻，該選項(xiàng)就用于配置是否使能里面的上拉或者下拉電阻，它里面有3個(gè)選擇：

·No Pull-up and No Pull-down。既不使能上拉電阻也不使能下拉電阻。

·Pull-up使能上拉電阻。

·Pull-down使能下拉電阻。

由于內(nèi)部電路的驅(qū)動(dòng)方式使用了推挽方式，所以這里不需要使能上拉電阻也不需要使能下拉電阻，所以我們采用默認(rèn)的選項(xiàng)--GPIO Pull-up Pull-down既不使能上拉也不使能下拉。

●Maximum output speed。該選項(xiàng)用于配置IO引腳的響應(yīng)速度，對(duì)于本教程的低頻場(chǎng)合對(duì)這個(gè)響應(yīng)速度不做要求，所以里面的3個(gè)選項(xiàng)任意選擇一個(gè)即可，這里我們采用默認(rèn)。

●USER Label。該選項(xiàng)為程序員為方便記憶，為引腳取一個(gè)別名的選項(xiàng)。比如本例子中，可以為PE12取名為L(zhǎng)ED0，以方便記憶。不過(guò)，這里我們不打算這樣做，而是仍然采用默認(rèn)。

4.配置工程管理

配置工程管理有三個(gè)選項(xiàng)，分別是工程Project、代碼生成Code Generator和高級(jí)設(shè)置Advanced Settings三個(gè)選項(xiàng)。下面分別介紹這三個(gè)選項(xiàng)的配置。

①Project。工程選項(xiàng)主要是填寫工程的名字、工程的存放路徑、使用的IDE工具和版本、堆棧設(shè)置等，他們的設(shè)置如圖13所示。

圖13 工程管理中的Project選項(xiàng)的設(shè)置

②Code generator。代碼生成選項(xiàng)的配置如圖14所示。

圖14 代碼生成選項(xiàng)示意圖

③Advanced Setting。高級(jí)設(shè)置這里使用默認(rèn)設(shè)置即可。

5.點(diǎn)擊Stm32CubeMX右上角的Generate code按鈕，生成代碼，該按鈕如圖15所示。

圖15 Generate code

6.代碼生成后，會(huì)彈出如圖16所示的對(duì)話框。

圖16 代碼輸出結(jié)果示意圖

其中，

①打開文件夾選項(xiàng)。如果點(diǎn)擊該按鈕，將會(huì)打開生成的MDK工程所在的文件夾；

②打開工程選項(xiàng)。如果點(diǎn)擊該選項(xiàng)，將會(huì)打開工程。

③關(guān)閉選項(xiàng)。點(diǎn)擊它，將會(huì)關(guān)閉該對(duì)話框。

我們點(diǎn)擊打開工程選項(xiàng)，打開工程，然后編譯工程，并將編譯結(jié)果下載到開發(fā)板上，可以看到LED0處于點(diǎn)亮的狀態(tài)。

7.在工程中添加代碼。經(jīng)過(guò)步驟6后，LED0是點(diǎn)亮了，但是例子的目標(biāo)還沒有實(shí)現(xiàn)。要想實(shí)現(xiàn)例1的目標(biāo)，可以在主函數(shù)中采用如下的結(jié)構(gòu)：

int main(void)
{
      系統(tǒng)初始化；
      while(1)
      {
         LED0亮；
         延時(shí)以便能觀察到燈亮；
         LED0滅；
         延時(shí)以便能觀察到燈滅；
    }
}

注意，如果燈亮或滅的持續(xù)時(shí)間太短，則人眼可能捕捉不到，大家可以試一下。

對(duì)于系統(tǒng)初始化，在使用STM32CubeMX輸出工程時(shí)CubeMX已經(jīng)調(diào)用HAL庫(kù)的函數(shù)/組件進(jìn)行了初始化，我們不用管。那目前的問(wèn)題就是如何使得LED0亮/暗和延時(shí)，下面分別介紹。

(1)LED0的亮/暗

①亮。使用如下語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)

HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);

②滅。使用如何語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。

HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);

可以看到，設(shè)置IO引腳輸出高低電平可以通過(guò)調(diào)用HAL庫(kù)中的GPIO寫函數(shù)HAL_GPIO_WritePin來(lái)實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)的最后一個(gè)參數(shù)為IO引腳的狀態(tài)，設(shè)置為GPIO_PIN_RESET，則引腳輸出低電平，設(shè)置為GPIO_PIN_SET，則引腳輸出高電平。

(2)延時(shí)。

HAL庫(kù)提供了一個(gè)基于Systick的延時(shí)函數(shù)—HAL_Delay()。該函數(shù)只有一個(gè)整型參數(shù)，它延時(shí)時(shí)以ms為單位，比如如果我們想延時(shí)1S，則參數(shù)應(yīng)該設(shè)置為1000,也即延時(shí)語(yǔ)句應(yīng)該為

HAL_Delay(1000);

最終，main函數(shù)的內(nèi)容如圖17所示

圖17 主函數(shù)內(nèi)容示意圖

8.對(duì)工程進(jìn)行編譯，并將結(jié)果下載到開發(fā)板上，可以看到開發(fā)板上的LED0閃爍，每次亮暗持續(xù)時(shí)間各位1S，例1目標(biāo)完成。

1.3 結(jié)論及注意事項(xiàng)

1.對(duì)于GD32的GPIO引腳，每一個(gè)引腳都可以配置為多個(gè)功能，作為輸出時(shí)要配置為GPIO_Output功能。

2.配置為輸出功能時(shí)，要配置以下兩個(gè)關(guān)聯(lián)項(xiàng)

①引腳內(nèi)部電路的驅(qū)動(dòng)方式。IO引腳內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)方式有兩種，一種是推挽，一種是開漏。非大電流、灌電流的情況下，使用推挽方式，這種方式下引腳可以輸出1也可以輸出0，所以不需要配置上拉電阻/下拉電阻的使能。

②輸出響應(yīng)速度，通常使用默認(rèn)即可。

3.一定要注意在STM32CubeMX中設(shè)置調(diào)試方式，否則使用ST-LINK下載的時(shí)候，你只能按下復(fù)位鍵并同時(shí)按下載，才能下載程序。

4.對(duì)于GD32/stm32的每一個(gè)模塊電路，使用的時(shí)候都要先使能該模塊的時(shí)鐘，不過(guò)，在配置STM32CubeMX輸出工程時(shí)沒有體會(huì)到這一點(diǎn)，但是大家一定要警惕。

5.STM32CubeMX在生成代碼時(shí)，默認(rèn)調(diào)用的是HAL庫(kù)的函數(shù)，HAL庫(kù)的函數(shù)的取名方式為

HAL+模塊名稱+模塊動(dòng)作(函數(shù)參數(shù))

比如本項(xiàng)目中學(xué)到的GPIO引腳輸出高低電平的函數(shù)HAL_GPIO_WritePin。

6.HAL庫(kù)的延時(shí)函數(shù)HAL_Delay()的延時(shí)以ms為單位。