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GPIO是通用輸入輸出接口（General Purpose Input Output）的簡(jiǎn)稱，是微控制器最基本也是最常用的外設(shè)，本期內(nèi)容將介紹GPIO的基本原理，然后通過「點(diǎn)亮LED」與「按鍵控制LED」兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)帶領(lǐng)大家了解GPIO基本輸出與輸入功能的使用方法。
系統(tǒng)環(huán)境
Windows 10-64bit
軟件平臺(tái)
NucleiStudio IDE 202102版
硬件需求
RV-STAR開發(fā)板
GPIO基本原理
GPIO的全稱是通用輸入輸出接口（General Purpose Input/Output），是很多外設(shè)能夠正常工作的基礎(chǔ)，MCU上除了一些特定功能的引腳（如電源引腳）外，其他的引腳基本都可以作為GPIO來使用。
GD32VF103的GPIO端口以“組”的形式工作，命名方式為Px（x=A, B, C, D, E···），每組配置有16個(gè)引腳。GPIO端口和其他的備用功能（AFs）共用引腳，在特定的封裝下獲得最大的靈活性。
每個(gè)GPIO引腳都可以通過軟件配置為輸出（推挽或開漏）、輸入、外設(shè)備用功能或者模擬模式。每個(gè)GPIO引腳都可以配置為上拉、下拉或浮空。除模擬模式外，所有的GPIO引腳都具備大電流驅(qū)動(dòng)能力。
（標(biāo)準(zhǔn)GPIO端口的基本結(jié)構(gòu)）
GPIO具有下列特征：
輸入/輸出方向控制
施密特觸發(fā)器輸入功能使能控制
每個(gè)引腳都具有弱上拉/下拉功能
推挽/開漏輸出使能控制
置位/復(fù)位輸出使能
模擬輸入/輸出配置
備用功能輸入/輸出配置
端口鎖定配置
實(shí)驗(yàn)1：點(diǎn)亮LED
RVSTAR有一個(gè)板載的RGB LED，通過PA1、PA2、PA3三個(gè)引腳控制LED_G、LED_R、LED_B三個(gè)顏色，通過原理圖可以得知：要點(diǎn)亮LED需要通過GPIO引腳輸出一個(gè)低電平，當(dāng)然也可以通過輸出PWM控制三個(gè)顏色LED的亮度，進(jìn)而組合產(chǎn)生不同的顏色。
下面將通過實(shí)驗(yàn)點(diǎn)亮LED_G，并令其以2秒為間隔閃爍：
（RGB LED原理圖 - 1）
（RGB LED原理圖 - 2）
首先參照之前的教程，使用NucleiStudio IDE或PlatformIO IDE創(chuàng)建工程，在main.c文件內(nèi)編寫代碼如下：
/* 實(shí)驗(yàn)1：點(diǎn)亮LED */ #include "nuclei_sdk_hal.h" void led_config(); void led_on(); void led_off(); int main(void) { // 首先對(duì)外設(shè)進(jìn)行初始化操作 led_config(); while (1) { led_on(); // 點(diǎn)亮LED delay_1ms(2000); // 延時(shí)2秒 led_off(); // 熄滅LED delay_1ms(2000); // 延時(shí)2秒 } } void led_config() { // 使能GPIOA端口的外設(shè)時(shí)鐘 rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); // 將PA1初始化為推挽輸出模式 gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_1); } void led_on() { // 將輸出引腳置位為0，輸出低電平，燈亮 gpio_bit_reset(GPIOA, GPIO_PIN_1); } void led_off() { // 將輸出引腳置位為1，輸出高電平，燈熄 gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_1); }
然后將工程文件進(jìn)行編譯和上傳，將可以觀察到板載的綠色LED以2秒為間隔進(jìn)行閃爍。運(yùn)行結(jié)果如下：
實(shí)驗(yàn)2：按鍵控制LED
實(shí)驗(yàn)1我們使用了GPIO的輸出功能點(diǎn)亮了LED，實(shí)驗(yàn)2將帶領(lǐng)大家使用GPIO的輸入功能：用RVSTAR的板載按鍵控制LED的亮和滅，在使用它之前我們需要了解一點(diǎn)按鍵消抖的知識(shí)。
（按鍵的原理圖）
RVSTAR有一個(gè)板載的按鍵，連接到了MCU的PA1引腳上，按鍵沒按下時(shí)，PA1引腳通過一個(gè)下拉電阻接地，處于低電平狀態(tài)，按鍵按下時(shí)PA1引腳被拉高到3.3V，處于高電平狀態(tài)。由于按鍵是機(jī)械結(jié)構(gòu)，在按下和彈起的瞬間會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，即引腳上的電平狀態(tài)不會(huì)被立刻拉高或拉低到穩(wěn)定狀態(tài)，因此為了能夠準(zhǔn)確檢測(cè)用戶的按鍵操作，往往需要通過一定的方法進(jìn)行消抖處理：
常用的按鍵消抖方法有硬件消抖和軟件消抖：硬件消抖是通過在按鍵兩端增加電容的方式實(shí)現(xiàn)的，成本較高；而軟件消抖是在第一次檢測(cè)到電平變化后延時(shí)一定時(shí)間后再次檢測(cè)電平狀態(tài)，如果檢測(cè)到仍處于按下時(shí)的電平狀態(tài)，那么說明用戶進(jìn)行了完整的按鍵操作，這個(gè)延時(shí)時(shí)間跟具體的硬件有關(guān)，經(jīng)測(cè)試，在RVSTAR的按鍵上大約需要是設(shè)置100毫秒的延時(shí)比較合適。
使用NucleiStudio IDE或PlatformIO IDE創(chuàng)建工程，在main.c文件內(nèi)編寫代碼如下：
/* 實(shí)驗(yàn)2：按鍵控制LED */
#include "nuclei_sdk_hal.h"
void led_config();
void led_on();
void led_off();
void key_config();
bit_status key_get_status();
bit_status led_status = 0; // 用來記錄led的當(dāng)前狀態(tài)
int main(void)
{
led_config();
key_config();
led_off();
while (1)
{
// 第一次檢測(cè)按鍵按下
if(key_get_status() == SET)
{
// 軟件延時(shí)100ms用以消除抖動(dòng)
delay_1ms(100);
// 再次檢測(cè)按鍵是否按下
if(key_get_status() == SET)
{
switch (led_status)
{
case 0:
led_on();
break;
case 1:
led_off();
break;
default:
break;
}
led_status = !led_status; // 每次按鍵操作后切換led的狀態(tài)
}
}
}
}
void led_config()
{
// 打開GPIOA端口的外設(shè)時(shí)鐘
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
// 將PA1初始化為推挽輸出模式
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_1);
}
void led_on()
{
// 將輸出引腳置位為0，輸出低電平，燈亮
gpio_bit_reset(GPIOA, GPIO_PIN_1);
}
void led_off()
{
// 將輸出引腳置位為1，輸出高電平，燈熄
gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_1);
}
void key_config()
{
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); // 開啟外設(shè)時(shí)鐘
rcu_periph_clock_enable(RCU_AF); // 開啟復(fù)用時(shí)鐘
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0); // 將PA0初始化為浮空輸入模式
}
bit_status key_get_status()
{
// 獲得輸入引腳的狀態(tài)，其中bit_status是一個(gè)固件庫(kù)定義的枚舉類型
return gpio_input_bit_get(GPIOA, GPIO_PIN_0);
}
然后將工程文件進(jìn)行編譯和上傳，將可以觀察到：上電后LED不亮，每次按下按鍵后LED的狀態(tài)會(huì)發(fā)生切換。
運(yùn)行結(jié)果如下：
