雅特力AT32F402/F405 GPIO應(yīng)用筆記

GPIO特性

AT32F402/405支持多達(dá)56個(gè)雙向I/O引腳，這些引腳分為5組，分別為PA0-PA15、PB0-PB15、PC0-PC15、PD2、PF0-PF1、PF4-PF7、PF11、每個(gè)引腳都可以實(shí)現(xiàn)與外部的通訊、控制以及數(shù)據(jù)采集的功能。

• 每個(gè)引腳都可以軟件配置成浮空輸入、上拉/下拉輸入、模擬輸入/輸出、通用推挽/開漏輸出、復(fù)用推挽/開漏輸出。

每個(gè)引腳都可以映射到16個(gè)外部中斷

幾乎所有I/O口可容忍5V

• 所有I/O口均為快速I/O，寄存器存取速度最高fAHB
• 每個(gè)引腳都有獨(dú)立的弱上拉/下拉功能
• 每個(gè)引腳都可以軟件配置輸出驅(qū)動(dòng)能力
• 每個(gè)引腳的外設(shè)功能可以通過一個(gè)特定的操作鎖定，以避免意外的寫入I/O寄存器
• GPIO設(shè)置/清除寄存器（GPIOx_SCR）和GPIO位清除寄存器（GPIOx_CLR）為GPIO輸出數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_ODT）提供位訪問能力

GPIO

GPIO在復(fù)位期間和剛復(fù)位后，復(fù)用功能未開啟，大部分I/O端口被配置成浮空輸入模式。每個(gè)引腳可以由軟件配置成四種輸入模式（輸入浮空、輸入上拉、輸入下拉、模擬輸入）和四種輸出模式（開漏輸出、推挽式輸出、推挽式復(fù)用、開漏復(fù)用）。每個(gè)I/O端口對(duì)應(yīng)的寄存器允許半字或字節(jié)訪問，每個(gè)I/O端口位可以自由編程。圖1. GPIO基本結(jié)構(gòu)

注意：PC13所對(duì)應(yīng)的GPIO功能以及相關(guān)的ERTC功能初始上電時(shí)不能直接使用，如要使用請(qǐng)參考ES0011_AT32F402_405_Errata_Sheet GPIO章節(jié)表1. GPIO配置表

GPIO toggle

AT32F402/405提供的I/O口均為快速I/O，寄存器存取速度最高為fAHB，所以可以看到GPIO翻轉(zhuǎn)頻率能夠輕松達(dá)到108MHz：圖2. I/O翻轉(zhuǎn)速度

IO引腳的5V or 3.3V容忍

標(biāo)準(zhǔn)3.3V容忍引腳（TC）所有振蕩器用到的引腳都是標(biāo)準(zhǔn)3.3V容忍引腳。

• PC14/PC15(LEXT_IN/OUT)
• PF0/PF1(HEXT_IN/OUT)

表2. TC引腳示例

帶模擬功能5V容忍引腳（FTa）

ADC占用端口為帶模擬功能5V容忍引腳。FTa引腳設(shè)置為輸入浮空、輸入上拉、或輸入下拉時(shí)，具有5V電平容忍特性；設(shè)置為模擬模式時(shí)，不具5V電平容忍特性，此時(shí)輸入電平必須小于VDD+0.3V。

• PA0–PA7
• PB0–PB2
• PC0–PC5
• PF4–PF5

表3. FTa引腳示例

帶20mA吸入能力5V容忍引腳（FTf）

部分I2C占用端口為帶20mA吸入能力的5V容忍引腳，用以支持I2C的增強(qiáng)快速模式。

• PB3/PB9/PB10

表4. FTf引腳示例

5V容忍引腳（FT）

其余的GPIO都為5V容忍引腳。表5. FT引腳示例

IOMUX

I/O復(fù)用功能輸入/輸出

• 大多數(shù)外設(shè)共享同一個(gè)GPIO引腳（比如PA0，可作為TMR1_EXT/USART2_CTS/I2C2_SCL/USART4_TX..）
• 而對(duì)某個(gè)具體的GPIO引腳，在任意時(shí)刻只有一個(gè)外設(shè)能夠與之相連
• 某些外設(shè)功能還可以重映射到其他引腳，從而使得能同時(shí)使用的外設(shè)數(shù)量更多

選擇每個(gè)端口線的有效復(fù)用功能之一是由兩個(gè)寄存器來決定的，分別是GPIOx_MUXL和GPIOx_MUXH復(fù)用功能寄存器?？筛鶕?jù)應(yīng)用的需求用這兩寄存器連接復(fù)用功能模塊到其他引腳。表6. 通過GPIOA_MUX寄存器配置端口A的復(fù)用功能

表7. 通過GPIOB_MUX寄存器配置端口B的復(fù)用功能

表8. 通過GPIOC_MUX寄存器配置端口C的復(fù)用功能

表9. 通過GPIOD_MUX寄存器配置端口D的復(fù)用功能表10. 通過GPIOF_MUX寄存器配置端口F的復(fù)用功能

特殊I/O

調(diào)試復(fù)用引腳

• 在復(fù)位時(shí)，和復(fù)位后不像其他GPIO一樣處于浮空輸入狀態(tài)，而是處于復(fù)用模式
• PA13：SWDIO，復(fù)用上拉
• PA14：SWCLK，復(fù)用下拉

振蕩器復(fù)用引腳

• 振蕩器關(guān)閉的狀態(tài)下（復(fù)位后的默認(rèn)狀態(tài)），相關(guān)引腳可用作GPIO
• 振蕩器使能狀態(tài)下，相應(yīng)引腳的GPIO配置無效
• 振蕩器處于bypass模式（使用外部時(shí)鐘源）時(shí)，LEXT_IN/HEXT_IN為振蕩器時(shí)鐘輸入引腳，LEXT_OUT/HEXT_OUT可做GPIO使用

電池供電域下的引腳

• 電池供電域下的引腳包括PC13、PC14以及PC15，電池供電域只能由VDD供電。
• PC13可以作為通用I/O口、TAMPER引腳、ERTC校準(zhǔn)時(shí)鐘、ERTC鬧鐘或秒輸出，PC14和PC15可以用于GPIO或LEXT引腳。PC13至PC15作為I/O口的速度必須限制在2MHz以下，最大負(fù)載為30pF，而且這些I/O口絕對(duì)不能當(dāng)作電流源。

GPIO固件驅(qū)動(dòng)程序API

Artery提供的固件驅(qū)動(dòng)程序包含了一系列固件函數(shù)來管理GPIO的下列功能：

• 初始化配置
• 讀取輸入端口或某個(gè)輸入引腳
• 讀取輸出端口或某個(gè)輸出引腳
• 設(shè)置或清除某個(gè)引腳的輸出
• 鎖定引腳
• 引腳的復(fù)用功能配置

注：所有project都是基于keil5而建立，若用戶需要在其他編譯環(huán)境上使用，請(qǐng)參考AT32xxx_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_xxx\templates中各種編譯環(huán)境（例如IAR6/7,keil4/5）進(jìn)行簡(jiǎn)單修改即可。

輸出模式

GPIO提供了兩種不同類型的輸出模式分別是，推挽輸出以及開漏輸出，下面是輸出模式的配置示例：gpio_init_struct.gpio_pins=GPIO_PINS_x;gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_OUTPUT;/*選擇輸出*/gpio_init_struct.gpio_pull=GPIO_PULL_NONE;/*無、上拉或下拉*/gpio_init_struct.gpio_out_type=GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;/*選擇推挽或開漏*/gpio_init_struct.gpio_drive_strength=GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOy,&gpio_init_struct);

輸入模式

GPIO提供了三種不同類型的輸入模式分別是，浮空輸入、上拉輸入以及下拉輸入，下面是輸入模式的配置示例：gpio_init_struct.gpio_pins=GPIO_PINS_x;gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_INPUT;/*選擇輸入*/gpio_init_struct.gpio_pull=GPIO_PULL_NONE;/*無、上拉或下拉*/gpio_init_struct.gpio_drive_strength=GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOy,&gpio_init_struct);

模擬模式

當(dāng)需要使用ADC通道作為輸入時(shí)，需要將相應(yīng)的引腳配置為模擬模式，下面是模擬模式的配置示例：gpio_init_struct.gpio_pins=GPIO_PINS_x;gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_ANALOG; /* 選擇模擬輸入*/gpio_init_struct.gpio_pull=GPIO_PULL_NONE; /* 無、上拉或下拉 */gpio_init_struct.gpio_drive_strength=GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOy, &gpio_init_struct);

復(fù)用模式

1. 不論使用何種外設(shè)模式，都必須將I/O配置為復(fù)用功能，之后系統(tǒng)才能正確使用I/O（輸入或輸出）。2. I/O引腳通過復(fù)用器連接到相應(yīng)的外設(shè)，該復(fù)用器一次只允許一個(gè)外設(shè)的復(fù)用功能(MUX)連接到I/O引腳。這樣便可確保共用同一個(gè)I/O引腳的外設(shè)之間不會(huì)發(fā)生沖突。每個(gè)I/O引腳都有一個(gè)復(fù)用器，該復(fù)用器具有16路復(fù)用功能輸入/輸出（MUX0到MUX15），可通過gpio_pin_mux_config()函數(shù)對(duì)這些引腳進(jìn)行配置：

• 復(fù)位后，所有I/O都會(huì)連接到系統(tǒng)的復(fù)用功能0(MUX0)
• 通過配置MUX1到MUX15可以映射外設(shè)的復(fù)用功能

3. 除了這種靈活的I/O復(fù)用架構(gòu)之外，各外設(shè)還具有映射到不同I/O引腳的復(fù)用功能，這可以針對(duì)不同器件封裝優(yōu)化外設(shè)I/O功能的數(shù)量；例如，可將USART2_TX引腳映射到PA2或PA14引腳上。4. 配置過程：

• 使用gpio_pin_mux_config()函數(shù)將引腳連接到所需的外設(shè)復(fù)用功能(MUX)，例如配置PA0作為TMR1_EXT輸入gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE0,GPIO_MUX_4);
• 使用GPIO_Init()函數(shù)配置I/O引腳：通過以下方式配置復(fù)用功能模式下的所需引腳gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_MUX;通過以下成員選擇類型、上拉/下拉和驅(qū)動(dòng)力gpio_out_type、gpio_pull和gpio_drive_strength成員

根據(jù)上述配置過程，下面將介紹幾種外設(shè)的常用配置示例。

USART I/O復(fù)用模式配置

/*使能GPIOA的時(shí)鐘*/crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOA_PERIPH_CLOCK,TRUE);/*將PA9連接到USART1_Tx*/gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE9,GPIO_MUX_7);/*將PA10連接到USART1_Rx*/gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE10,GPIO_MUX_7);/*將USART1_Tx和USART1_Rx配置為復(fù)用功能*/gpio_init_struct.gpio_pins=GPIO_PINS_9 | GPIO_PINS_10;gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_MUX;gpio_init_struct.gpio_pull=GPIO_PULL_NONE;gpio_init_struct.gpio_out_type=GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;gpio_init_struct.gpio_drive_strength=GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOA,&gpio_init_struct);

TMR I/O復(fù)用模式配置

/*使能GPIOA的時(shí)鐘*/crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOA_PERIPH_CLOCK,TRUE);/*將PA6連接到TMR1_BRK*/gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE6,GPIO_MUX_1);/*將PA8連接到TMR1_CH1*/gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE8,GPIO_MUX_1);/*將PA12連接到TMR1_EXT*/gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE12,GPIO_MUX_1);/*將以上TMR1引腳(PA6/PA8/PA12)配置為復(fù)用功能*/gpio_init_struct.gpio_pins=GPIO_PINS_6| GPIO_PINS_8 | GPIO_PINS_12;gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_MUX;gpio_init_struct.gpio_pull=GPIO_PULL_NONE;gpio_init_struct.gpio_out_type=GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;gpio_init_struct.gpio_drive_strength=GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOA,&gpio_init_struct);

2C I/O復(fù)用模式配置

/*使能GPIOB的時(shí)鐘*/crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOB_PERIPH_CLOCK,TRUE);/*將PB6連接到I2C1_SCL*/gpio_pin_mux_config(GPIOB,GPIO_PINS_SOURCE6,GPIO_MUX_4);/*將PB7連接到I2C1_SDA*/gpio_pin_mux_config(GPIOB,GPIO_PINS_SOURCE7,GPIO_MUX_4);/*將I2C1_SCL和I2C1_SDA配置為復(fù)用功能，注意I2C引腳的輸出類型應(yīng)為開漏輸出*/gpio_init_struct.gpio_pins=GPIO_PINS_6 | GPIO_PINS_7;gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_MUX;gpio_init_struct.gpio_pull=GPIO_PULL_NONE;gpio_init_struct.gpio_out_type=GPIO_OUTPUT_OPEN_DRAIN;gpio_init_struct.gpio_drive_strength=GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOB,&gpio_init_struct);關(guān)于雅特力

雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推動(dòng)全球市場(chǎng)32位微控制器(MCU)創(chuàng)新趨勢(shì)的芯片設(shè)計(jì)公司，擁有領(lǐng)先高端芯片研發(fā)技術(shù)、完整的硅智財(cái)庫(kù)及專業(yè)靈活的整合經(jīng)驗(yàn)，分別在重慶、深圳、蘇州、上海、臺(tái)灣設(shè)有研發(fā)、銷售及技術(shù)支持分部。

雅特力堅(jiān)持自主研發(fā)，以科技創(chuàng)新引領(lǐng)智慧未來，專注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研發(fā)與創(chuàng)新，提供高效能、高可靠性且具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。全系列產(chǎn)品采用55nm先進(jìn)工藝，通過ISO 9001質(zhì)量管理體系認(rèn)證，締造M4業(yè)界最高主頻288MHz運(yùn)算效能。自2018年正式對(duì)外銷售至今，累積了相當(dāng)多元的終端產(chǎn)品成功案例，廣泛地覆蓋工控、電機(jī)、車載、消費(fèi)、商務(wù)、5G、物聯(lián)網(wǎng)、新能源等領(lǐng)域，助力客戶實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。