Урок 2: GPIO и работа с портами

GPIO (General Purpose Input/Output) — универсальные порты ввода-вывода, которые позволяют микроконтроллеру взаимодействовать с внешними устройствами. В CH32 есть несколько портов GPIO с различными функциями.

Структура GPIO

CH32V307 имеет порты GPIO от A до E, каждый с 16 пинами.

GPIOA — порт A (PA0-PA15)
GPIOB — порт B (PB0-PB15)
GPIOC — порт C (PC0-PC15)
GPIOD — порт D (PD0-PD15)
GPIOE — порт E (PE0-PE15)

Режимы работы GPIO

Каждый пин GPIO может работать в различных режимах.

        // Режимы GPIO
GPIO_Mode_AIN          // Аналоговый вход
GPIO_Mode_IN_FLOATING  // Вход без подтяжки
GPIO_Mode_IPD          // Вход с подтяжкой к земле
GPIO_Mode_IPU          // Вход с подтяжкой к питанию
GPIO_Mode_Out_OD       // Выход с открытым стоком
GPIO_Mode_Out_PP       // Выход push-pull
GPIO_Mode_AF_OD        // Альтернативная функция, открытый сток
GPIO_Mode_AF_PP        // Альтернативная функция, push-pull
    

Push-Pull — активно управляет и высоким, и низким уровнем
Open Drain — активно управляет только низким уровнем
Pullup/Pulldown — внутренний резистор подтяжки

Настройка GPIO на выход

Пример настройки пина как цифровой выход.

        #include "ch32v30x.h"

void GPIO_Config_Output(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    // Включение тактирования порта
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // Настройка PA5 как выход
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

int main(void) {
    GPIO_Config_Output();

    while(1) {
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);      // Высокий уровень
        Delay_Ms(1000);
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);    // Низкий уровень
        Delay_Ms(1000);
    }
}
    

RCC_APB2PeriphClockCmd() — включает тактирование GPIO
GPIO_Mode_Out_PP — режим push-pull выход
GPIO_Speed_50MHz — максимальная скорость переключения

Настройка GPIO на вход

Чтение состояния кнопки или датчика.

        #include "ch32v30x.h"

void GPIO_Config_Input(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

    // Настройка PB0 как вход с подтяжкой к питанию
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

int main(void) {
    GPIO_Config_Input();
    GPIO_Config_Output();

    while(1) {
        // Чтение состояния кнопки
        if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == RESET) {
            // Кнопка нажата (подключена к земле)
            GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
        } else {
            GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
        }
    }
}
    

GPIO_Mode_IPU — вход с внутренней подтяжкой к питанию
GPIO_ReadInputDataBit() — чтение состояния одного пина
RESET — низкий уровень (0), SET — высокий уровень (1)

Работа с целым портом

Можно работать сразу с 16 битами порта.

        #include "ch32v30x.h"

void GPIO_Config_Port(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

    // Настройка всех пинов PC0-PC7 как выходы
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 |
                                  GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 |
                                  GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 |
                                  GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
}

int main(void) {
    uint8_t counter = 0;
    GPIO_Config_Port();

    while(1) {
        // Запись значения в младшие 8 бит порта C
        GPIO_Write(GPIOC, counter);
        counter++;
        Delay_Ms(100);
    }
}
    

Можно объединять пины операцией |
GPIO_Write() — запись 16-битного значения в порт
Удобно для управления шинами данных

Альтернативные функции

Многие пины GPIO могут работать в режиме альтернативных функций (UART, SPI, I2C и т.д.).

        // Пример настройки UART TX/RX
void GPIO_Config_UART(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // PA9 - UART TX (альтернативная функция)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // PA10 - UART RX (вход)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
    

GPIO_Mode_AF_PP — режим альтернативной функции
TX обычно настраивается как AF_PP
RX настраивается как вход (IN_FLOATING или IPU)