GD32 GPIO 超详细总结 (江科大风格课件版)

第一部分：GPIO 是什么？

名称：GPIO = General Purpose Input/Output (通用输入输出口)
作用：MCU与外部世界交互的桥梁。通过程序控制引脚输出高、低电平，或者读取引脚的电平状态。
功能：
- 输出功能：驱动LED、蜂鸣器、继电器，模拟通信时序（如I2C, SPI, 单总线）等。
- 输入功能：读取按键、传感器等外部数字信号的状态。

第二部分：GPIO 的八种工作模式 (核心重点！)

GD32的每个GPIO引脚都可以独立配置为以下8种模式中的一种。理解每种模式的电路结构和应用场景是关键。

模式	简称 (库函数中常见)	电路原理 (形象理解)	应用场景
1. 模拟输入	`GPIO_MODE_AIN`	引脚直接连到内部ADC，完全断开数字电路部分。	ADC采集，测量电压值。
2. 浮空输入	`GPIO_MODE_IN_FLOATING`	引脚悬空，电平状态完全由外部信号决定。	连接外部驱动源，如串口RX引脚、I2C等。
3. 上拉输入	`GPIO_MODE_IPU`	内部有一个约40kΩ的电阻连接到VDD（高电平）。默认状态下引脚为高电平。	按键检测（按键另一端接地），按下为低，松开为高。
4. 下拉输入	`GPIO_MODE_IPD`	内部有一个约40kΩ的电阻连接到GND（低电平）。默认状态下引脚为低电平。	按键检测（按键另一端接VCC），按下为高，松开为低。
5. 推挽输出	`GPIO_MODE_OUT_PP`	最常用输出模式。像一对推挽工作的开关，可以强输出高电平（接近VDD）或强输出低电平（接近0V），驱动能力强。	驱动LED、蜂鸣器、舵机等，以及USART_TX、SPI等外设输出。
6. 开漏输出	`GPIO_MODE_OUT_OD`	只能强输出低电平或高阻态（相当于断开）。要输出高电平，必须依赖外部上拉电阻。	I2C总线（支持“线与”）、5V电平转换、通信总线。
7. 复用推挽输出	`GPIO_MODE_AF_PP`	模式同推挽输出，但输出信号源不是CPU，而是由片内外设（如SPI、TIM）自动控制。	将引脚作为外设的输出脚，如SPI_SCK, TIM_PWM。
8. 复用开漏输出	`GPIO_MODE_AF_OD`	模式同开漏输出，输出信号源由片内外设自动控制。	将引脚作为外设的输出脚，如I2C_SDA。

江科大经典总结：

输入：测电压。浮空是“你说了算”，上/下拉是“有个默认值”。
输出：供电流。推挽是“能高能低真汉子”，开漏是“只能拉低，想高得找人（上拉电阻）帮忙”。
复用：CPU不管了，交给外设大哥来控制。

第三部分：GPIO 基本结构 (了解)

在这里插入图片描述

一个GPIO口内部主要包含：

保护二极管：防止引脚电压过高或过低。
上拉/下拉电阻：约40kΩ，可通过寄存器开关。
施密特触发器：将模拟电压整形为数字信号0或1。
输出驱动器：推挽或开漏结构，由P-MOS和N-MOS管组成。

第四部分：GPIO 操作流程 (代码实践)

“万事开头先开时钟！”

开启GPIO端口时钟

rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); // 使能GPIOA的时钟
// 如果是复用功能或重映射，可能还需要开启AFIO时钟
// rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);

初始化GPIO（配置模式与速度）

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

// 配置PA0为上拉输入
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IPU, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0);// 配置PA1为推挽输出，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为推挽输出，无上下拉，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);

操作GPIO

// 输出操作
gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_1);    // PA1输出高电平
gpio_bit_reset(GPIOA, GPIO_PIN_1);  // PA1输出低电平
gpio_bit_write(GPIOA, GPIO_PIN_1, SET); // 等同于set
gpio_bit_write(GPIOA, GPIO_PIN_1, RESET); // 等同于reset// 输入操作
if (gpio_input_bit_get(GPIOA, GPIO_PIN_0) == SET) {// 如果PA0检测到高电平
} else {// 如果PA0检测到低电平
}

第五部分：重要注意事项 (避坑指南)

先开时钟，再操作：不开启外设时钟，所有操作无效！
电平兼容性：
- 非FT（5V耐受）引脚，输入电压绝对不能超过VDD + 0.3V。
- 即使FT引脚，也主要在输入模式下耐受5V。
JTAG/SWD调试引脚：PA13, PA14, PA15, PB3, PB4 默认用于调试，想当普通GPIO用，必须先禁用JTAG（通常保留SWD即可）。
```
gpio_pin_remap_config(GPIO_SWJ_SWDPENABLE_REMAP, ENABLE); // 常用：关闭JTAG，使能SWD
```
未使用的引脚：最好设置为模拟输入模式，悬空容易引入干扰。
输出速度：高速(50MHz)适合通信，低速(2MHz)适合驱动简单外设，更省电抗干扰。