GD32 GPIO 超詳細總結 (江科大風格課件版)

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第一部分：GPIO 是什么？

• 名稱：GPIO = General Purpose Input/Output (通用輸入輸出口)
• 作用：MCU與外部世界交互的橋梁。通過程序控制引腳輸出高、低電平，或者讀取引腳的電平狀態。
• 功能：
  • 輸出功能：驅動LED、蜂鳴器、繼電器，模擬通信時序（如I2C, SPI, 單總線）等。
  • 輸入功能：讀取按鍵、傳感器等外部數字信號的狀態。

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第二部分：GPIO 的八種工作模式 (核心重點！)

GD32的每個GPIO引腳都可以獨立配置為以下8種模式中的一種。理解每種模式的電路結構和應用場景是關鍵。

模式	簡稱 (庫函數中常見)	電路原理 (形象理解)	應用場景
1. 模擬輸入	GPIO_MODE_AIN	引腳直接連到內部ADC，完全斷開數字電路部分。	ADC采集，測量電壓值。
2. 浮空輸入	GPIO_MODE_IN_FLOATING	引腳懸空，電平狀態完全由外部信號決定。	連接外部驅動源，如串口RX引腳、I2C等。
3. 上拉輸入	GPIO_MODE_IPU	內部有一個約40kΩ的電阻連接到VDD（高電平）。默認狀態下引腳為高電平。	按鍵檢測（按鍵另一端接地），按下為低，松開為高。
4. 下拉輸入	GPIO_MODE_IPD	內部有一個約40kΩ的電阻連接到GND（低電平）。默認狀態下引腳為低電平。	按鍵檢測（按鍵另一端接VCC），按下為高，松開為低。
5. 推挽輸出	GPIO_MODE_OUT_PP	最常用輸出模式。像一對推挽工作的開關，可以強輸出高電平（接近VDD）或強輸出低電平（接近0V），驅動能力強。	驅動LED、蜂鳴器、舵機等，以及USART_TX、SPI等外設輸出。
6. 開漏輸出	GPIO_MODE_OUT_OD	只能強輸出低電平或高阻態（相當于斷開）。要輸出高電平，必須依賴外部上拉電阻。	I2C總線（支持“線與”）、5V電平轉換、通信總線。
7. 復用推挽輸出	GPIO_MODE_AF_PP	模式同推挽輸出，但輸出信號源不是CPU，而是由片內外設（如SPI、TIM）自動控制。	將引腳作為外設的輸出腳，如SPI_SCK, TIM_PWM。
8. 復用開漏輸出	GPIO_MODE_AF_OD	模式同開漏輸出，輸出信號源由片內外設自動控制。	將引腳作為外設的輸出腳，如I2C_SDA。

江科大經典總結：

• 輸入：測電壓。浮空是“你說了算”，上/下拉是“有個默認值”。
• 輸出：供電流。推挽是“能高能低真漢子”，開漏是“只能拉低，想高得找人（上拉電阻）幫忙”。
• 復用：CPU不管了，交給外設大哥來控制。

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第三部分：GPIO 基本結構 (了解)

一個GPIO口內部主要包含：

1. 保護二極管：防止引腳電壓過高或過低。
2. 上拉/下拉電阻：約40kΩ，可通過寄存器開關。
3. 施密特觸發器：將模擬電壓整形為數字信號0或1。
4. 輸出驅動器：推挽或開漏結構，由P-MOS和N-MOS管組成。

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第四部分：GPIO 操作流程 (代碼實踐)

“萬事開頭先開時鐘！”

1. 開啟GPIO端口時鐘

   rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); // 使能GPIOA的時鐘
   // 如果是復用功能或重映射，可能還需要開啟AFIO時鐘
   // rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
   

2. 初始化GPIO（配置模式與速度）

   • 方法一 (面向系列：F10x, F30x, F20x, E10x等)：使用 gpio_init 函數。

     // 配置PA0為上拉輸入
     gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IPU, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0);// 配置PA1為推挽輸出，速度50MHz
     gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_1);
     

   • 方法二 (面向系列：F1x0, F3x0, F4xx, E23x等)：使用 gpio_mode_set 和 gpio_output_options_set。

     // 配置PA1為推挽輸出，無上下拉，速度50MHz
     gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_1);
     gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_1);
     

3. 操作GPIO

   // 輸出操作
   gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_1);    // PA1輸出高電平
   gpio_bit_reset(GPIOA, GPIO_PIN_1);  // PA1輸出低電平
   gpio_bit_write(GPIOA, GPIO_PIN_1, SET); // 等同于set
   gpio_bit_write(GPIOA, GPIO_PIN_1, RESET); // 等同于reset// 輸入操作
   if (gpio_input_bit_get(GPIOA, GPIO_PIN_0) == SET) {// 如果PA0檢測到高電平
   } else {// 如果PA0檢測到低電平
   }
   

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第五部分：重要注意事項 (避坑指南)

1. 先開時鐘，再操作：不開啟外設時鐘，所有操作無效！
2. 電平兼容性：
   • 非FT（5V耐受）引腳，輸入電壓絕對不能超過VDD + 0.3V。
   • 即使FT引腳，也主要在輸入模式下耐受5V。
3. JTAG/SWD調試引腳：PA13, PA14, PA15, PB3, PB4 默認用于調試，想當普通GPIO用，必須先禁用JTAG（通常保留SWD即可）。

   gpio_pin_remap_config(GPIO_SWJ_SWDPENABLE_REMAP, ENABLE); // 常用：關閉JTAG，使能SWD
   

4. 未使用的引腳：最好設置為模擬輸入模式，懸空容易引入干擾。
5. 輸出速度：高速(50MHz)適合通信，低速(2MHz)適合驅動簡單外設，更省電抗干擾。

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第六部分：總結與實戰選擇

• LED、蜂鳴器：推挽輸出。
• 按鍵：上拉輸入（按鍵接地）或下拉輸入（按鍵接VCC）。
• 串口RX：浮空輸入。
• 串口TX：推挽輸出。
• I2C：復用開漏輸出（必須外加上拉電阻，如4.7K）。
• ADC采集：模擬輸入。
• PWM輸出：復用推挽輸出。

記住江科大口訣：

輸出用推挽，輸入看默認；
開漏要上拉，復用給大哥；
模擬給ADC，調試引腳要配置！