GD32学习2——流水灯

开发环境

MDK：keil 5.37

MCU： GD32F450IK

2.1GPIO工作原理

要想实现流水灯，首先必须了解GPIO的工作原理。

2.1.1 GPIO的基本结构如下图所示。

2.1.2 GD32 的 I/O 口可以由32位控制寄存器（GPIOx_CTL）配置为GPIO输入，GPIO输出，AF功能，模拟模式

当端口配置为输出 时，可以通过 GPIO 输出模式寄存器 (GPIOx_OMODE)配置为推挽或开漏模式。

输出端口的最大速度可以通过 GPIO 输出速度寄存 器 (GPIOx_OSPD) 配置。

每个端口可以通过 GPIO 上 / 下拉寄存器 (GPIOx_PUD) 配置为浮空 (无上拉或下拉 ) ，上拉或下拉功能。

分类			CTLy	OMy	PUDy
GPIO输入	X	浮空	00	X	00
		上拉			01
		下拉			10
GPIO输出	推挽	浮空	01	0	00
		上拉			01
		下拉			10
	开漏	浮空		1	00
		上拉			01
		下拉			10
AFIO输入	X	浮空	10	X	00
		上拉			01
		下拉			10
AFIO输出	推挽	浮空		0	00
		上拉			01
		下拉			10
	开漏	浮空		1	00
		上拉			01
		下拉			10
模拟	X	X	11	X	XX

 输入模式

 浮空输入：浮空（floating）就是逻辑器件的输入引脚即不接高电平，也不接低电平。由于逻辑器件的内部结构，当它输入引脚悬空时，相当于该引脚接了高电平。一般实际运用时，引脚不建议悬空，易受干扰。 通俗讲就是让管脚什么都不接，浮空着。信号进入芯片内部后，既没有接上拉电阻也没有接下拉电阻，经由触发器输入。配置成这个模式后，用电压变量引脚电压为1点几伏，这是个不确定值。由于其输入阻抗比较大，一般把这种模式用于标准的通讯协议，比如IIC、USART的等。该模式是GD32复位之后的默认模式。

 上拉输入：上拉就是把电位拉高，比如拉到Vcc。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平，电阻同时起限流作用，弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分。上拉输入就是信号进入芯片后加了一个上拉电阻，再经过施密特触发器转换成0、1信号，读取此时的引脚电平为高电平；

 下拉输入：就是把电压拉低，拉到GND。与上拉原理相似。下拉输入就是信号进入芯片后加了一个下拉电阻，再经过施密特触发器转换成0、1信号，读取此时的引脚电平为低电平；

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 模拟输入：信号进入后不经过上拉电阻或者下拉电阻，关闭施密特触发器，经由另一线路把电压信号传送到片上外设模块。模拟输入是指传统方式的输入，数字输入是输入PCM数字信号，即0、1的二进制数字信号，通过数模转换，转换成模拟信号，经前级放大进入功率放大器，功率放大器还是模拟的。比如传送给ADC模块，由ADC采集电压信号。所以可以理解为模拟输入的信号是未经处理的信号，是原汁原味的信号。

即

 输出模式

 开漏输出：一般用在电平不匹配的场合，如需要输出5V的高电平。输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行。适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20mA以内)。

 复用开漏输出：可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用IO口使用）。端口必须配置成复用开漏功能输出模式。

 推挽式输出：可以输出高、低电平，连接数字器件；推挽结构一般是指两个三极管分别受两个互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源决定。推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

 推挽式复用输出

 备用功能（AF）——为了适应不同的器件封装，GPIO 端口支持软件配置将一些备用功能应用到其他引脚上。

2.2 I/O复用和重映射

2.2.1 I/O复用

GD32 有很多的内置外设，这些外设的外部引脚都是与 GPIO 复用的。也就是说，一个 GPIO如果可以复用为内置外设的功能引脚，那么当这个 GPIO 作为内置外设使用的时候，就叫做复用。当I/O端口被配置为复用功能时：

2.3 GPIO流水灯硬件电路分析

发光二极管是属于二极管的一种，具有二级管单向导电特性，即只有在正向电压（二极管的正极接正，负极接负）下才能导通发光。PF6引脚接发光二极管(LED1)的正极，所以PF6引脚输出高电平LED1亮，PF6引脚输出低电平LED1熄灭，其他LED同理。

2.4 GPIO流水灯寄存器分析

要想真正掌握一款单片机，分析寄存器是必不可少，但是对于GD32来再说，GD已经将寄存器操作封装成库函数，开发者只需要调用库函数即可.

每个GPIO端口都有两个32位配置寄存器(GPIO_CTL0 ，GPIO_CTL1) ，两个16位数据寄存器 (GPIO_ISTAT和GPIO_OCTL)，一个32位置位寄存器(GPIO_BOP)，一个16位复位寄存器(GPIO_BC)，一个16位锁定寄存器(GPIO_LOCK)。每个I/O端口位可以自由编程。

点亮LED，基本步骤是：配置寄存器；控制寄存器。库开发只是将传统的配置方式编程函数，使单片机开发变得简单方便快捷。

2.5 GPIO 流水灯实现流程

在上文已经分析了GPIO的原理及操作步骤，现在我们就来写代码吧。

GPIO是开发GD32最基本的配置，所以掌握GPIO的配置显得尤为重要。要实现流水灯，一般步骤可以总结为如下：

1)GPIO 时钟使能；
2)GPIO 端口模式设置；
3)初始化IO口；
4)编写处理函数；

2.6 GPIO 流水灯实现

2.6.1 GPIO库函数

GPIO库函数相关的库函数如下：
 gpio_deinit 复位外设GPIO
 gpio_afio_deinit 复位AFIO
 gpio_init GPIO参数初始化
 gpio_bit_set 置位引脚值
 gpio_bit_reset 复位引脚值
 gpio_bit_write 将特定的值写入引脚
 gpio_port_write 将特定的值写入一组端口
 gpio_input_bit_get 获取引脚的输入值
 gpio_input_port_get 获取一组端口的输入值
 gpio_output_bit_get 获取引脚的输出值
 gpio_output_port_get 获取一组端口的输出值
 gpio_pin_remap_config 配置GPIO引脚重映射
 gpio_pin_remap1_config 配置GPIO引脚重映射1
 gpio_exti_source_select 选择哪个引脚作为EXTI源
 gpio_ethernet_phy_select 以太网MII或RMII PHY选择
 gpio_event_output_config 配置事件输出
 gpio_event_output_enable 事件输出使能
 gpio_event_output_disable 事件输出禁能
 gpio_pin_lock 相应的引脚配置被锁定

2.6.2流水灯代码实现
核心代码如下：

#include "gd32f4xx.h"

/*!
    \brief      configure led GPIO
    \param[in]  lednum: specify the Led to be configured
      \arg        LED1
      \arg        LED2
      \arg        LED3
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void  gd_eval_led_init (led_typedef_enum lednum)
{
    /* enable the led clock */
    rcu_periph_clock_enable(GPIO_CLK[lednum]);
    /* configure led GPIO port */ 
    gpio_mode_set(GPIO_PORT[lednum], GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE,GPIO_PIN[lednum]);
    gpio_output_options_set(GPIO_PORT[lednum], GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN[lednum]);

    GPIO_BC(GPIO_PORT[lednum]) = GPIO_PIN[lednum];
}

/*!
    \brief      configure systick
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void systick_config(void)
{
    /* setup systick timer for 1000Hz interrupts */
    if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000U)){
        /* capture error */
        while (1){
        }
    }
    /* configure the systick handler priority */
    NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0x00U);
}

/*!
    \brief      turn on selected led
    \param[in]  lednum: specify the Led to be turned on
      \arg        LED1
      \arg        LED2
      \arg        LED3
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void gd_eval_led_on(led_typedef_enum lednum)
{
    GPIO_BOP(GPIO_PORT[lednum]) = GPIO_PIN[lednum];
}


/*!
    \brief      turn off selected led
    \param[in]  lednum: specify the Led to be turned off
      \arg        LED1
      \arg        LED2
      \arg        LED3
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void gd_eval_led_off(led_typedef_enum lednum)
{
    GPIO_BC(GPIO_PORT[lednum]) = GPIO_PIN[lednum];
}


/*!
    \brief      delay a time in milliseconds
    \param[in]  count: count in milliseconds
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void delay_1ms(uint32_t count)
{
    delay = count;

    while(0U != delay){
    }
}



int main(void)
{  
    gd_eval_led_init(LED1);
    gd_eval_led_init(LED2);
    gd_eval_led_init(LED3);
    
    systick_config();
    
    while(1){
        /* turn on LED1 */
        gd_eval_led_on(LED1);
        /* insert 200 ms delay */
        delay_1ms(200);
        
        /* turn on LED2 */
        gd_eval_led_on(LED2);
        /* insert 200 ms delay */
        delay_1ms(200);
        
        /* turn on LED3 */
        gd_eval_led_on(LED3);
        /* insert 200 ms delay */
        delay_1ms(200);        

        /* turn off LEDs */
        gd_eval_led_off(LED1);
        gd_eval_led_off(LED2);
        gd_eval_led_off(LED3);
        
        /* insert 200 ms delay */
        delay_1ms(200);
    }
}