【经验】雅特力MCU AT32F435/437xx系列GPIO使用指南

本文介绍雅特力MCU AT32F435/437xx系列GPIO使用及配置。

GPIO特性

• 最大封装（144pin）具有116个多功能双向的I/O口；

• 所有I/O口都可以映射到16个外部中断；

• 绝大部分I/O口可容忍5V输入信号；

• 所有I/O口均为快速I/O，寄存器存取速度最高f_AHB；

• I/O引脚的外设功能可以通过一个特定的操作来开启写保护，以避免意外的写入I/O寄存器；

• 每个GPIO引脚都可以由软件配置成输出(推挽或开漏)、输入(带或不带上拉或下拉)或复用的外设功能端口；

• 可选的每个I/O口的电流推动/吸入能力；

• 端口位设置/清除寄存器（GPIOx_SCR）和端口位清除寄存器（GPIOx_CLR）为GPIOx_ODT寄存器提供位访问能力。

GPIO

GPIO在复位期间和刚复位后，复用功能未开启，大部分I/O端口被配置成浮空输入模式。当作为输出配置时，写到输出数据寄存器（GPIOx_ODT）上的值会输出到相应的I/O引脚。可以以推挽模式或开漏模式（仅低电平被驱动，高电平表现为高阻）使用输出驱动器。

输入数据寄存器（GPIOx_IDT）在每个AHB时钟周期捕捉I/O引脚上的数据。所有GPIO引脚有一个内部弱上拉和弱下拉，它们被激活或断开有赖于GPIOx_PULL寄存器的值。

图1. I/O端口位的基本结构

表1. I/O端口位配置表

GPIO toggle

AT32F435/437提供的I/O口均为快速I/O，寄存器存取速度最高为f_AHB，所以可以看到在主频为240MHz时，GPIO翻转频率能够轻松达到120MHz：

图2. I/O翻转速度

IO引脚的5V or 3.3V容忍

标准3.3V容忍引脚（TC）

所有振荡器和USB_OTG用到的引脚都是标准3.3V容忍引脚。

• PC14/PC15(LEXT_IN/OUT)

• PH0/PH1(HEXT_IN/OUT)

• PA11/PA12(OTGFS1_D-/D+)

• PB14/PB15(OTGFS2_D-/D+)

表2. TC引脚示例

带模拟功能5V容忍引脚（FTa）

ADC占用端口为带模拟功能5V容忍引脚。

• PA0–PA7，PB0–PB1，PC0–PC5，PF3–PF10

• FTa引脚设置为输入浮空、输入上拉、或输入下拉时，具有5V电平容忍特性；设置为模拟模式时，不具5V电平容忍特性，此时输入电平必须小于VDD+0.3V

表3. FTa引脚示例

带20mA吸入能力5V容忍引脚（FTf）

部分I2C可提供带20mA吸入能力的5V容忍引脚。

表4. FT引脚示例

5V容忍引脚（FT）其余的GPIO都为5V容忍引脚。

表5. FT引脚示例

IOMUX

I/O复用功能输入/输出

• 大多数外设共享同一个GPIO引脚（比如PA0，可作为TMR2_CH1/TMR2_EXT/TMR5_CH1/TMR8_EXT/I2C2_SCL/USART2_CTS）

• 而对某个具体的GPIO引脚，在任意时刻只有一个外设能够与之相连

• 某些外设功能还可以重映射到其他引脚，从而使得能同时使用的外设数量更多

  
  

选择每个端口线的有效复用功能之一是由两个寄存器来决定的，分别是GPIOx_MUXL和GPIOx_MUXH复用功能寄存器。可根据应用的需求用这两寄存器连接复用功能模块到其他引脚。

表6. 通过GPIOA_AFR寄存器配置端口A的复用功能

表7. 通过GPIOB_AFR寄存器配置端口B的复用功能

表8. 通过GPIOF_AFR寄存器配置端口C的复用功能

表9. 通过GPIOF_AFR寄存器配置端口D的复用功能

表10. 通过GPIOF_AFR寄存器配置端口E的复用功能

表11. 通过GPIOF_AFR寄存器配置端口F的复用功能

表12. 通过GPIOF_AFR寄存器配置端口G的复用功能

表13. 通过GPIOF_AFR寄存器配置端口H的复用功能

特殊I/O

调试复用引脚

• 在复位时，和复位后不像其他GPIO一样处于浮空输入状态，而是处于AF模式

• PA13：JTMS/SWDIO，AF上拉

• PA14：JTCK/SWCLK，AF下拉

• PA15：JTDI，AF上拉

• PB3：JTDO/SWO，AF浮空

• PB4：JNTRST，AF上拉

振荡器复用引脚

• 振荡器关闭的状态下（复位后的默认状态），相关引脚可用作GPIO

• 振荡器使能状态下，相应引脚的GPIO配置无效

• 振荡器处于bypass模式（使用外部时钟源）时，HEXT_IN/LEXT_IN为振荡器时钟输入引脚，HEXT_OUT/LEXT_OUT可做GPIO使用

电池供电域引脚

• 电池供电域引脚包括PC13、PC14以及PC15。电池供电域由VDD或VBAT引脚供电，当VDD主 电源被切断时，电池供电域自动切换至VBAT引脚供电，以保障ERTC正常工作。

• 当电池供电域由VDD供电时，PC13可以作为通用I/O口、TAMPER引脚、ERTC校准时钟、ERTC闹钟或秒输出，PC14和PC15可以用于GPIO或LEXT引脚。（PC13至PC15作为I/O口的速度必须限制在2MHz以下，最大负载为30pF，而且这些I/O口绝对不能当作电流源）。

• 当电池供电域由VBAT供电时，PC13可以作为TAMPER引脚、ERTC闹钟或秒输出，PC14和PC15只能用于LEXT引脚。

GPIO固件驱动程序API

Artery提供的固件驱动程序包含了一系列固件函数来管理GPIO的下列功能：

• GPIO寄存器复位

• 初始化配置

• 读取输入端口或某个输入引脚

• 读取输出端口或某个输出引脚

• 设置或清除某个引脚的输出

• 锁定引脚

• 引脚的复用功能配置

输出模式

GPIO提供了两种不同类型的输出模式分别是，推挽输出以及开漏输出，下面是输出模式的配置示例：

输入模式

GPIO提供了三种不同类型的输入模式分别是，浮空输入、上拉输入以及下拉输入，下面是输入模式的配置示例：

模拟模式

当需要使用ADC或COMP通道作为输入时，需要将相应的引脚配置为模拟模式，下面是模拟模式的配置示例：

复用模式

1、不论使用何种外设模式，都必须将I/O配置为复用功能，之后系统才能正确使用I/O（输入或输出）。

2、I/O引脚通过复用器连接到相应的外设，该复用器一次只允许一个外设的复用功能(IOMUX)连接到I/O引脚。这样便可确保共用同一个I/O引脚的外设之间不会发生冲突。每个I/O引脚都有一个复用器，该复用器具有16路复用功能输入/输出（MUX0到MUX15），可通过gpio_pin_mux_config()函数对这些引脚进行配置：—复位后，所有I/O都会连接到系统的复用功能0(MUX_0)—通过配置MUX0到MUX15可以映射外设的复用功能

3、除了这种灵活的I/O复用架构之外，各外设还具有映射到不同I/O引脚的复用功能，这可以针对不同器件封装优化外设I/O功能的数量；例如，可将USART2_TX引脚映射到PA2或PA14引脚上。

4、配置过程：—使用gpio_pin_mux_config()函数将引脚连接到所需的外设复用功能，例如配置PA0作为TMR2_EXT输入gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE0,GPIO_MUX_1);—使用gpio_init()函数配置I/O引脚：-通过以下方式配置复用功能模式下的所需引脚

gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_MUX;-通过以下成员选择类型、上拉/下拉和驱动能力gpio_pull、gpio_out_type和gpio_drive_strength成员

根据上述配置过程，下面将介绍几种外设的常用配置示例。

USART I/O复用模式配置

TMR I/O复用模式配置

I2C I/O复用模式配置

案例 LED翻转

功能简介

通过系统时钟延时来对LED进行翻转。

资源准备

1) 硬件环境：对应产品型号的AT-START BOARD

2) 软件环境：project\at_start_f437\examples\gpio\led_toggle

软件设计

1) 配置流程

• 配置系统时钟；

• 初始化延时函数和LED；

• 翻转LED。

2) 代码介绍

• main函数代码描述

• LED翻转代码描述

实验效果

• 上电运行会看到LED2、LED3和LED4以间隔200ms时间交替的进行翻转。
  

案例SWJTAG接口复用

功能简介

对SWJTAG接口的I/O进行复用。

资源准备

3) 硬件环境：对应产品型号的AT-START BOARD

4) 软件环境：project\at_start_f437\examples\gpio\swjtag_mux

软件设计

3) 配置流程

• 配置系统时钟；

• 初始化延时函数；

• 配置SWJTAG接口的复用和USART2初始化。

4) 代码介绍

• main函数代码描述

• SWJ配置代码描述

实验效果

• 将PA13接示波器，PA14接入串口打印工具；

• 程序运行过程中PA13每隔500ms会翻转一次，表示jtms/swdio引脚已被用为GPIO使用；

• PA14接入串口打印工具后，每隔500ms会看到USART2_TX打印主循环执行次数。