【经验】雅特力32位MCU AT32F421 GPIO的使用指南

雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推动全球市场32位微控制器（MCU）创新趋势的芯片设计公司，专注于ARM®Cortex®-M4/M0+的32位微控制器研发与创新，全系列采用55nm先进工艺及ARM® Cortex®-M4高效能或M0+低功耗内核，缔造M4业界最高主频288MHz运算效能，并支持工业级别芯片工作温度范围（-40℃~105℃）。本文中雅特力将为大家分享32位微控制器AT32F421 GPIO的使用指南。

GPIO特性 

• 最大封装（48pin）具有39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

• 几乎所有I/O口可容忍5V输入信号（4个LEXT/HEXT引脚除外）

• 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锁定，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

• GPIO设置/清除寄存器（GPIOx_SCR）和GPIO清除寄存器（GPIOx_CLR）为GPIOx_ODT寄存器提供位访问能

  
  

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。

GPIO toggle

AT32F421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GPIO翻转频率能够轻松达到60MHz：

IO引脚的5V or 3.3V容忍

标准3.3V容忍引脚（TC）

• 所有振荡器用到的引脚都是标准3.3V容忍引脚。

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

带模拟功能5V容忍引脚（FTa）

比较器输入引脚以及ADC占用端口为带模拟功能5V容忍引脚。

• PA0–PA7

• PB0–PB2，PB12 – PB15

• 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

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TMR1_EXT / USART2_CTS /I2C2_SCL / CMP_OUT）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。

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，而是处于复用模式

• PA13：SWDIO，复用上拉

• PA14：SWCLK，复用下拉

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，LEXT_IN/HEXT_IN为振荡器时钟输入引脚，LEXT_OUT/HEXT_OUT可做GPIO使用

备份域引脚

• 当1.2V区域断电(当器件进入待机模式)时，PC13/PC14/PC15失去GPIO功能。在这种情况下，若GPIO配置没有被RTC配置为bypass，则这些引脚被设为模拟输入模式。

• 以下内容在F421系列不存在：模拟开关（power switch）只能通过少量的电流（3mA），在输出模式下使用PC13/PC14/PC15的I/O口功能是有限制的：只能工作在适中电流推动/吸入能力模式下，最大负载为30pF，而且这些I/O口绝对不能当作电流源（如驱动LED）。

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：

• 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

注：所有project都是基于keil 5而建立，若用户需要在其他编译环境上使用，请参考AT32xxx_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_xxx\templates中各种编译环境（例如IAR6/7,keil 4/5）进行简单修改即可。

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CMP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(MUX)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(MUX0)— 通过配置MUX1到MUX7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(MUX)，例如配置PA0作为TMR1_EXT输入gpio_pin_mux_config(GPIOA, GPIO_PINS_SOURCE0, GPIO_MUX_4);— 使用GPIO_Init()函数配置I/O引脚：

（1）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

（2）通过以下成员选择类型、上拉/下拉和驱动力gpio_out_type、gpio_pull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。

USARTI/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

雅特力目前已累积相当多元的终端产品成功案例：如微型打印机、扫地机、光流无人机、热成像仪、激光雷达、工业缝纫机、伺服驱控、电竞周边市场、断路器、ADAS、T-BOX、数字电源、电动工具等终端设备应用，广泛地覆盖5G、物联网、消费、商务及工控等领域。