航芯ACM32G103开发板评测 02-GPIO输入输出

みずじ · 发表于2023-12-30 18:07

航芯ACM32G103开发板评测 02-GPIO输入输出 [复制链接]

###航芯ACM32G103开发板评测 02-GPIO输入输出

航芯ACM32G103开发板评测 GPIO输入输出应用
1. GPIO输出典型应用——点灯
2. GPIO输入典型应用——按键

### GPIO 功能概述
GPIO 是通用输入/输出（General Purpose I/O）的简称，主要用于工业现场需要用到数字量输入/输出的场合，例如：
1. **输出功能**：继电器、 LED、蜂鸣器等的控制
2. **输入功能**：传感器状态、高低电平等信息的读取
3. **复用功能**：片内外设的对外接口
4. **时序模拟**：模拟 SPI、I2C 和 UART 等常用接口的时序

### GPIO 功能特性

1. 多种工作模式：每个 GPIO 引脚可以独立配置为输出（推挽或开漏）、输入、外设复用功能或模拟模式。每个 GPIO 引脚可以独立配置为上拉、下拉或浮空。
2. 灵活的复用模式：复用功能（AF）的备用引脚，极大提高了端口利用的灵活性。GPIO引脚通过配置相关的寄存器可以用作复用功能输入/输出引脚。

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</div>
<div class="tip_horn"></div>
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</p>

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GPIO具体细节见航芯ACM32G103_用户手册V1.3 P393
###GPIO库函数
查看acm32官方库函数文件，查看api函数
```c
/* Exported functions --------------------------------------------------------*/
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);
void GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin);
void GPIO_StructInit(GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);
GPIO_PinState GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);
GPIO_PinState GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState);
void GPIO_Write(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t PortVal);
void GPIO_ToggleBits(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_PinLockConfig(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin);
```

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### GPIO输出 LED点灯

在航芯ACM32G103开发板中，一共有3个led，但是只有一个user_led可以去控制，其中，pow_led com_led作为提示作用。

接下来就是gpio端口初始化的函数简单分析。

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</p>

</div>
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```c
#define BSP_LED_GPIO    GPIOF
#define BSP_LED_PIN     GPIO_PIN_3
#define BSP_LED_MODE    GPIO_MODE_OUTPUT_PP
#define BSP_LED_PULL    GPIO_PULLUP
#define BSP_LED_DRIVE   GPIO_DRIVE_LEVEL3
#define BSP_LED_ALTERNATE   GPIO_FUNCTION_0
#define BSP_LED_CLK_ENABLE()  __RCC_GPIOF_CLK_ENABLE()

void BSP_LED_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct;

/* Enable the GPIO_LED Clock */
  BSP_LED_CLK_ENABLE();

GPIO_InitStruct.Pin   = BSP_LED_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode  = BSP_LED_MODE;
  GPIO_InitStruct.Pull  = BSP_LED_PULL;
  GPIO_InitStruct.Drive = BSP_LED_DRIVE;
  GPIO_InitStruct.Alternate = BSP_LED_ALTERNATE;

GPIO_Init(BSP_LED_GPIO, &GPIO_InitStruct);

GPIO_WriteBit(BSP_LED_GPIO, BSP_LED_PIN, GPIO_PIN_SET);
}
```

ACM32G103的gpio端口初始化，与stm32等其他mcu基本上没有太大的区别。唯一的区别是GPIO_InitStruct结构体里一些成员有不同。

```c
//stm32f103 hal
typedef struct
{
uint32_t Pin;   /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
         This parameter can be any value of <a href="https://bbs.eeworld.com.cn/home.php?mod=space&uid=1064992" target="_blank">@ref</a> GPIO_pins_define */
uint32_t Mode;  /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
         This parameter can be a value of @ref GPIO_mode_define */
uint32_t Pull;  /*!< Specifies the Pull-up or Pull-Down activation for the selected pins.
        This parameter can be a value of @ref GPIO_pull_define */
uint32_t Speed; /*!< Specifies the speed for the selected pins.
         This parameter can be a value of @ref GPIO_speed_define */
} GPIO_InitTypeDef;

//stm32f103 std
typedef struct
{
uint16_t GPIO_Pin;     /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
            This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */
GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;/*!< Specifies the speed for the selected pins.
            This parameter can be a value of @ref GPIOSpeed_TypeDef */
GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;  /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
            This parameter can be a value of @ref GPIOMode_TypeDef */
}GPIO_InitTypeDef;

//acm32g103 spl
typedef struct
{
  uint32_t  Pin;     /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
              This parameter can be any value of @ref GPIO_pins */
  uint32_t  Mode;    /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
             This parameter can be a value of @ref GPIO_mode */
  uint32_t  Pull;    /*!< Specifies the Pull-up or Pull-Down activation for the selected pins.
             This parameter can be a value of @ref GPIO_pull */
  uint32_t  Drive;     /*!< Specifies the Output drive capability for the selected pins.
             This parameter can be a value of @ref GPIO_drive */
  uint32_t  Alternate;   /*!< Peripheral to be connected to the selected pins
             This parameter can be a value of @ref GPIOEx_function_selection */
} GPIO_InitTypeDef;

```

其中主要的区别是acm32中有一个**指定选定引脚的输出驱动能力Drive**成员，GPIOx 的 PIN驱动能力5V 耐压 IO 的驱动能力配置：

```c
/** @defgroup GPIO_drive
* <a href="https://bbs.eeworld.com.cn/home.php?mod=space&uid=159083" target="_blank">@brief</a> GPIO Output drive capability
* @{
*/
/*!< Output drive capability up to 2mA, please refer to the product datasheet */
#defineGPIO_DRIVE_LEVEL0        (0x00000000U) 
/*!< Output drive capability up to 4mA, please refer to the product datasheet */
#defineGPIO_DRIVE_LEVEL1        (0x00000001U) 
 /*!< Output drive capability up to 6mA, please refer to the product datasheet */
#defineGPIO_DRIVE_LEVEL2        (0x00000002U)
/*!< Output drive capability up to 8mA, please refer to the product datasheet */
#defineGPIO_DRIVE_LEVEL3        (0x00000003U) 
/*!< Output drive capability up to 10mA,please refer to the product datasheet */
#defineGPIO_DRIVE_LEVEL4        (0x00000004U) 
/*!< Output drive capability up to 12mA,please refer to the product datasheet */
#defineGPIO_DRIVE_LEVEL5        (0x00000005U) 
/*!< Output drive capability up to 14mA,please refer to the product datasheet */
#defineGPIO_DRIVE_LEVEL6        (0x00000006U)
 /*!< Output drive capability up to 16mA,please refer to the product datasheet */
#defineGPIO_DRIVE_LEVEL7        (0x00000007U)
```

GPIO控制函数

```c
//设置或清除选定的数据端口位。
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));
  assert_param(IS_GPIO_ALL_PIN(GPIOx, GPIO_Pin));
  assert_param(IS_GPIO_PIN_STATE(PinState));

if (GPIO_PIN_RESET == PinState)
  GPIOx->BSC = GPIO_Pin << 16U;
  else
  GPIOx->BSC = GPIO_Pin;
}

```

```c
/******************************************************************************
*@brief : LED on
*@param : none
*@return: none
******************************************************************************/
void BSP_LED_On(void)
{
  GPIO_WriteBit(BSP_LED_GPIO, BSP_LED_PIN, GPIO_PIN_RESET);
}

/******************************************************************************
*@brief : LED off
*@param : none
*@return: none
******************************************************************************/
void BSP_LED_Off(void)
{
  GPIO_WriteBit(BSP_LED_GPIO, BSP_LED_PIN, GPIO_PIN_SET);
}

/******************************************************************************
*@brief : LED toggle
*@param : none
*@return: none
******************************************************************************/
void BSP_LED_Toggle(void)
{
  GPIO_ToggleBits(BSP_LED_GPIO, BSP_LED_PIN);
}
```

led_example测试函数

```c
void bsp_led_example(void)
{
  printfS("bsp_led_example led_flashing \r\n");
  BSP_LED_On();
  printfS("bsp_led_example led_on \r\n");
  DelayMs(1000);
  BSP_LED_Off();
  printfS("bsp_led_example led_off \r\n");
  DelayMs(500);
}
```

<ignore_js_op>

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</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

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### GPIO输入 按键控制

在航芯ACM32G103开发板中，一共有2个按键，但是只有一个user_key可以去控制，其中一个是rst复位按键。

按键机械触点断开、闭合时，由于触点的弹性作用，按键开关不会马上稳定接通或一下子断开， 使用按键时会产生图 按键抖动说明图中的带波纹信号，需要用软件消抖处理滤波，不方便输入检测。

<ignore_js_op>

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</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

本实验板连接的按键带硬件消抖功能， 见图 按键原理图 ，它利用电容充放电的延时，消除了波纹，从而简化软件的处理，软件只需要直接检测引脚的电平即可。

接下来就是按键key端口初始化的函数简单分析。

BSP_PB_Init初始化配置过程中，基本上就是GPIO端口初始化，和中断配置初始化。

<ignore_js_op>

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</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

```c
/******************************************************************************
*@brief : PB init
*@param : none
*@return: none
******************************************************************************/
void BSP_PB_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;

BSP_PB_CLK_ENABLE();

GPIO_InitStruct.Pin   = BSP_PB_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode  = BSP_PB_MODE;
  GPIO_InitStruct.Pull  = BSP_PB_PULL;
  GPIO_InitStruct.Drive = BSP_PB_DRIVE;
  GPIO_InitStruct.Alternate = BSP_PB_ALTERNATE;

GPIO_Init(BSP_PB_GPIO, &GPIO_InitStruct);

EXTI_InitStruct.GPIOx = BSP_PB_GPIO;
  EXTI_InitStruct.Line  = BSP_PB_PIN;
  EXTI_InitStruct.Mode  = EXTI_MODE_IT;
  EXTI_InitStruct.Trigger = EXTI_TRIGGER_FALLING;
  EXTI_InitStruct.Cmd   = ENABLE;
  
  EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);
  
    EXTI_ClearITPendingBit(BSP_PB_PIN);
  
  NVIC_ClearPendingIRQ(BSP_PB_IRQ);
  NVIC_SetPriority(BSP_PB_IRQ, 0x00);
  NVIC_EnableIRQ(BSP_PB_IRQ);
}

/******************************************************************************
*@brief : get PB state
*@param : none
*@return: none
******************************************************************************/
uint32_t BSP_PB_GetState(void)
{
  return (GPIO_ReadPin(BSP_PB_GPIO, BSP_PB_PIN));
}

```
在APPtesting中，使用是按键gpio中断触发的去检测按键的。
```c
void APP_Test(void)
{
  uint32_t state;
  
    printfS("SPL GPIO Demo\r\n");
    printfS("LED flashing frequency: 1Hz.\r\n");
    printfS("The user presses the key to stop flashing, press the key again, and flash again.\r\n");

g_press = 0;
  
  state = 0;
  while(1)
  {
  if (g_press != 0)
  {
    DelayMs(50);
    g_press = 0;
    if (state == 0)
      state = 1;
    else
      state = 0;
  }
  
  if (state == 0)
  {
    BSP_LED_Toggle();
    printfS("BSP_LED_Toggle \r\n");
  }
  else
  {
    BSP_LED_Off();
  }
        DelayMs(500);
  };
}

void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
  if (EXTI->PDR & BSP_PB_PIN)
  {
  EXTI->PDR = BSP_PB_PIN;
  PB_IRQHandler();
  }
}
```

上面的方法是利用按键中断去判断的，下面使用MultiButton开源框架，进行按键检测。

#### MultiButton按键检测

MultiButton开源框架仓库 https://github.com/0x1abin/MultiButton

参考博客https://blog.csdn.net/qq_36075612/article/details/115901032

MultiButton | 一个小巧简单易用的事件驱动型按键驱动模块 https://zhuanlan.zhihu.com/p/128961191

本次使用的是博客中的版本，仓库版本的代码可能与下面代码不一样，应该是更新了代码和api。

#### 使用方法

1.先申请一个按键结构。

2.初始化按键对象，绑定按键的GPIO电平读取接口函数 ，后一个参数设置有效触发电平。

3.注册按键事件。

4.启动按键。

5.设置一个5ms间隔的定时器循环调用后台处理函数。

```c
//按键状态读取接口
unsigned char btn0_id = 0;
struct Button button0;

uint8_tread_button0_GPIO(void)
{
  return (GPIO_ReadPin(BSP_PB_GPIO, BSP_PB_PIN));
}

void button_callback(void *button)
{
  uint32_t btn_event_val; 
  
  btn_event_val = get_button_event((struct Button *)button); 
  
  switch(btn_event_val)
  {
  case PRESS_DOWN:
    printf("---> key1 press down! <---\r\n"); 
  break; 
 
  case PRESS_UP: 
    printf("***> key1 press up! <***\r\n");
  break; 
 
  case PRESS_REPEAT: 
    printf("---> key1 press repeat! <---\r\n");
  break; 
 
  case SINGLE_CLICK: 
    printf("---> key1 single click! <---\r\n");
  break; 
 
  case DOUBLE_CLICK: 
    printf("***> key1 double click! <***\r\n");
  break; 
 
  case LONG_PRESS_START: 
    printf("---> key1 long press start! <---\r\n");
  break; 
 
  case LONG_PRESS_HOLD: 
    printf("***> key1 long press hold! <***\r\n");
  break; 
  }
}
```

#### 特性

MultiButton 使用C语言实现，基于面向对象方式设计思路，每个按键对象单独用一份数据结构管理：

```cpp
struct Button {

uint16_t ticks;
    uint8_trepeat: 4;
    uint8_tevent : 4;
    uint8_tstate : 3;
    uint8_tdebounce_cnt : 3;
    uint8_tactive_level : 1;
    uint8_tbutton_level : 1;
    uint8_t(*hal_button_Level)(void);
    BtnCallbackcb[number_of_event];
    struct Button* next;
};
```

这样每个按键使用单向链表相连，依次进入 button_handler(struct Button* handle) 状态机处理，所以每个按键的状态彼此独立。

#### 按键事件

```c
/******************************************************************************
*@brief : main program
*@param : none
*@return: none
******************************************************************************/
int main(void)
{
 
  board_hardware_init();
  printfS("board_hardware_init [ok] \r\n");
  //Timer_Update_Test();
  
  
 //初始化按键对象
  button_init(&button0, read_button0_GPIO, 0);
  button_attach(&button0, PRESS_DOWN,   button_callback);
  button_attach(&button0, PRESS_UP,   button_callback);
  button_attach(&button0, PRESS_REPEAT, button_callback);
  button_attach(&button0, SINGLE_CLICK, button_callback);
  button_attach(&button0, DOUBLE_CLICK, button_callback);
  button_attach(&button0, LONG_PRESS_START, button_callback);
  button_attach(&button0, LONG_PRESS_HOLD,button_callback);
 //启动按键
 button_start(&button0);
  while(1)
  {
  //bsp_led_example();
  button_ticks();
  DelayMs(5);
  }
  
}
```

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_769293" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=769293&handlekey=savephoto_769293">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

Jacktang · 发表于2023-12-30 22:24

5ms间隔的定时器循环调用后台处理函数，可以使每个按键的状态彼此独立，行

chancy2002 · 发表于2023-12-31 08:04

楼主认真，感谢分享的航芯ACM32G103开发板评测 02-GPIO输入输出代码

みずじ

chancy2002 发表于 2023-12-31 08:04 楼主认真，感谢分享的航芯ACM32G103开发板评测 02-GPIO输入输出代码

一起学习，也向大佬学习

航芯ACM32G103开发板评测 02-GPIO输入输出 [复制链接]

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