單芯片解決方案，開啟全新體驗——W55MH32 高性能以太網單片機

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網單片機，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗。這顆芯片將強大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數據處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協議棧、內置MAC以及PHY，擁有獨立的32KB以太網收發緩存，可供8個獨立硬件socket使用。如此配置，真正實現了All-in-One解決方案，為開發者提供極大便利。

在封裝規格上，W55MH32 提供了兩種選擇：QFN68和QFN100。

W55MH32Q采用QFN68封裝版本，尺寸為8x8mm，它擁有36個GPIO、3個ADC、12通道DMA、17個定時器、2個I2C、3個串口、2個SPI接口（其中1個帶I2S接口復用）、1個CAN以及1個USB2.0。在保持與同系列其他版本一致的核心性能基礎上，僅減少了部分GPIO以及SDIO接口，其他參數保持一致，性價比優勢顯著，尤其適合網關模組等對空間布局要求較高的場景。緊湊的尺寸和精簡化外設配置，使其能夠在有限空間內實現高效的網絡連接與數據交互，成為物聯網網關、邊緣計算節點等緊湊型設備的理想選擇。 同系列還有QFN100封裝的W55MH32L版本，該版本擁有更豐富的外設資源，適用于需要多接口擴展的復雜工控場景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請進入http://www.w5500.com/網站或者私信獲取。

此外，本W55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及MQTT SSL等，為網絡通信安全再添保障。

為助力開發者快速上手與深入開發，基于W55MH32Q這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發板。開發板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數據線，就能輕松實現調試、下載以及串口打印日志等功能。開發板將所有外設全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發者全面評估芯片性能。

若您想獲取芯片和開發板的更多詳細信息，包括產品特性、技術參數以及價格等，歡迎訪問官方網頁：http://www.w5500.com/，我們期待與您共同探索W55MH32的無限可能。

第五章 GPIO示例

功夫不負有心人，相信學習至此大家已經掌握了基礎內容介紹的知識。我們希望通過前面的章節你已經掌握了W55MH32開發的工具和方法。下面我們將和大家一起來學習W55MH32 的一些基礎外設，這些外設實際項目中經常會用到，希望大家認真學習和掌握，以便將來更好、更快的完成實際項目開發。

后面我們將采取一章一實例的方式，介紹 W55MH32 常用外設的使用，通過本篇的學習，我們將帶領大家進入W55MH32 的精彩世界。

本章將通過一個經典的跑馬燈程序，帶大家開啟 W55MH32之旅。通過本章的學習，我們將了解到 W55MH32的 IO 口作為輸出使用的方法。

本章分為如下 4 個小節：

1 W55MH32 GPIO 簡介

2 寄存器描述

3 程序設計

4 下載驗證

1 W55MH32 GPIO 簡介

每個 GPI/O 端口有兩個 32 位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)，兩個 32 位數據寄存器(GPIOx_IDR 和 GPIOx_ODR)，一個 32 位置位/復位寄存(GPIOx_BSRR)，一個 16 位復位寄存器GPIOx_BRR)和一個 32 位鎖定寄存器(GPIOx_LCKR)。根據數據手冊中列出的每個 I/O 端口的特定硬件特征，GPIO 端口的每個位可以由軟件分別配置成多種模式。

-------- 輸入浮空

-------- 輸入上拉

-------- 輸入下拉

-------- 模擬輸入

-------- 開漏輸出

-------- 推挽式輸出

-------- 推挽式復用功能

-------- 開漏復用功能

每個 I/O 端口位可以自由編程，然而必須按照 32 位字訪問 I/O 端口寄存器(不允許半字或字節訪問)。GPIOx_BSRR 和 GPIOx_BRR 寄存器允許對任何 GPIO 寄存器進行讀/更改的獨立訪問；這樣，在讀和更改訪問之間產生 IRQ 時不會發生危險。

下圖給出了一個 I/O 端口位的基本結構。

GPIO 的基本結構圖

如上圖所示，可以看到右邊只有 I/O 引腳，這個 I/O 引腳就是我們可以看到的芯片實物的引腳，其他部分都是 GPIO 的內部結構。

① 保護二極管

保護二極管共有兩個，用于保護引腳外部過高或過低的電壓輸入。當引腳輸入電壓高于VDD 時，上面的二極管導通，當引腳輸入電壓低于 VSS 時，下面的二極管導通，從而使輸入芯片內部的電壓處于比較穩定的值。雖然有二極管的保護，但這樣的保護卻很有限，大電壓大電流的接入很容易燒壞芯片。所以在實際的設計中我們要考慮設計引腳的保護電路。

② 上拉、下拉電阻

它們阻值大概在 30~50K 歐之間，可以通過上、下兩個對應的開關控制，這兩個開關由寄存器控制。當引腳外部的器件沒有干擾引腳的電壓時，即沒有外部的上、下拉電壓，引腳的電平由引腳內部上、下拉決定，開啟內部上拉電阻工作，引腳電平為高，開啟內部下拉電阻工作，則引腳電平為低。同樣，如果內部上、下拉電阻都不開啟，這種情況就是我們所說的浮空模式。浮空模式下，引腳的電平是不可確定的。引腳的電平可以由外部的上、下拉電平決定。需要注意的是，W55MH32 的內部上拉是一種“弱上拉”，這樣的上拉電流很弱，如果有要求大電流還是得外部上拉。

③ 施密特觸發器

對于標準施密特觸發器，當輸入電壓高于正向閾值電壓，輸出為高；當輸入電壓低于負向閾值電壓，輸出為低；當輸入在正負向閾值電壓之間，輸出不改變，也就是說輸出由高電準位翻轉為低電準位，或是由低電準位翻轉為高電準位，對應的閾值電壓是不同的。只有當輸入電壓發生足夠的變化時，輸出才會變化，因此將這種元件命名為觸發器。這種雙閾值動作被稱為遲滯現象，表明施密特觸發器有記憶性。從本質上來說，施密特觸發器是一種雙穩態多諧振蕩器。施密特觸發器可作為波形整形電路，能將模擬信號波形整形為數字電路能夠處理的方波波形，而且由于施密特觸發器具有滯回特性，所以可用于抗干擾，以及在閉回路正回授/負回授配置中用于實現多諧振蕩器。下面看看比較器跟施密特觸發器的作用的比較，就清楚的知道施密特觸發器對外部輸入信號具有一定抗干擾能力，如圖所示。

比較器的（A）和施密特觸發器（B）作用比較

④ P-MOS 管和 N-MOS 管

這個結構控制 GPIO 的開漏輸出和推挽輸出兩種模式。開漏輸出：輸出端相當于三極管的集電極，要得到高電平狀態需要上拉電阻才行。推挽輸出：這兩只對稱的 MOS 管每次只有一只導通，所以導通損耗小、效率高。輸出既可以向負載灌電流，也可以從負載拉電流。推拉式輸出既能提高電路的負載能力，又能提高開關速度。上面我們對 GPIO 的基本結構圖中的關鍵器件做了介紹，下面分別介紹 GPIO 八種工作模式對應結構圖的工作情況。

1、輸入浮空

輸入浮空模式：上拉/下拉電阻為斷開狀態，施密特觸發器打開，輸出被禁止。輸入浮空模式下，IO 口的電平完全是由外部電路決定。如果 IO 引腳沒有連接其他的設備，那么檢測其輸入電平是不確定的。該模式可以用于按鍵檢測等情景。

輸入浮空模式

2、輸入上拉

輸入上拉模式：上拉電阻導通，施密特觸發器打開，輸出被禁止。在需要外部上拉電阻的時候，可以使用內部上拉電阻，這樣可以節省一個外部電阻，但是內部上拉電阻的阻值較大，所以只是“弱上拉”，不適合做電流型驅動。

輸入上拉模式

3、輸入下拉

輸入下拉模式：下拉電阻導通，施密特觸發器打開，輸出被禁止。在需要外部下拉電阻的時候，可以使用內部下拉電阻，這樣可以節省一個外部電阻，但是內部下拉電阻的阻值較大，所以不適合做電流型驅動。

輸入下拉模式

4、模擬功能

模擬功能：上下拉電阻斷開，施密特觸發器關閉，雙 MOS 管也關閉。其他外設可以通過模擬通道輸入輸出。該模式下需要用到芯片內部的模擬電路單元單元，用于 ADC、DAC、MCO 這類操作模擬信號的外設。

模擬功能

5、開漏輸出

開漏輸出模式：W55MH32 的開漏輸出模式是數字電路輸出的一種，從結果上看它只能輸出低電平 Vss 或者高阻態，常用于 IIC 通訊（IIC_SDA）或其它需要進行電平轉換的場景。

開漏輸出模式

6、推挽輸出

推挽輸出模式：W55MH32的推挽輸出模式，從結果上看它會輸出低電平 VSS或者高電平VDD推挽輸出跟開漏輸出不同的是，推挽輸出模式 P-MOS 管和 N-MOS 管都用上。

如果輸出數據寄存器①的值為 0，經過“輸出控制”取反操作后，輸出邏輯 1 到 P-MOS 管的柵極，這時 P-MOS 管就會截止，同時也會輸出邏輯 1 到 N-MOS 管的柵極，這時 N-MOS 管就會導通，使得 IO 引腳接到 VSS,即輸出低電平。如果輸出數據寄存器的值為 1 ，經過“輸出控制”取反操作后，輸出邏輯 0 到 N-MOS 管的柵極，這時 N-MOS 管就會截止，同時也會輸出邏輯 0 到 P-MOS 管的柵極，這時 P-MOS 管就會導通，使得 IO 引腳接到 VDD,即輸出高電平。

由上述可知，推挽輸出模式下，P-MOS 管和 N-MOS 管同一時間只能有一個管是導通的。當 IO 引腳在做高低電平切換時，兩個管子輪流導通，一個負責灌電流，一個負責拉電流，使其負載能力和開關速度都有較大的提高。

另外在推挽輸出模式下，施密特觸發器也是打開的，我們可以讀取 IO 口的電平狀態。由于推挽輸出模式下輸出高電平時，是直接連接VDD,所以驅動能力較強，可以做電流型驅動，驅動電流最大可達 25mA，但是芯片的總電流有限，所以并不建議這樣用，最好還是使用芯片外部的電源。

推挽輸出模式

7、開漏式復用功能

開漏式復用功能：一個 IO 口可以是通用的 IO 口功能，還可以是其它外設的特殊功能引腳，這就是 IO 口的復用功能，如圖所示。一個 IO 口可以是多個外設的功能引腳，我們需要選擇其中一個外設的功能引腳。當選擇復用功能時，引腳的狀態是由對應的外設控制，而不是輸出數據寄存器。除了復用功能外，其它的結構分析請參考開漏輸出模式。

另外在開漏式復用功能模式下，施密特觸發器也是打開的，我們可以通過輸入數據寄存器讀取 IO 口的電平狀態，同時外設也可以讀取 IO 口的信息。

開漏式復用功能

8、推挽式復用功能

推挽式復用功能：復用功能介紹請查看開漏式復用功能，結構分析請參考推挽輸出模式，這里不再贅述。

推挽式復用功能

2 GPIO 寄存器描述

2.1 端口配置低寄存器(GPIOx_CRL)(x=A..G)

2.2 端口配置高寄存器(GPIOx_CRH)(x=A..G)

2.3 端口輸入數據寄存器(GPIOx_IDR)(x=A..G)

2.4 端口輸出數據寄存器(GPIOx_ODR)(x=A..G)

2.5 端口位設置/清除寄存器(GPIOx_BSRR)(x=A..G)

2.6 端口位清除寄存器(GPIOx_BRR)(x=A..G)

2.7 端口配置鎖定寄存器(GPIOx_LCKR)(x=A..G)

當執行正確的寫序列設置了位 16(LCKK)時，該寄存器用來鎖定端口位的配置。位[15:0]用于鎖定GPIO 端口的配置。在規定的寫入操作期間，不能改變 LCKP[15:0]。當對相應的端口位執行了LOCK 序列后，在下次系統復位之前將不能再更改端口位的配置。

每個鎖定位鎖定控制寄存器(CRL,CRH)中相應的 4 個位。

3 程序設計

3.1 GPIO_IOInput例程

此代碼為一個基于W55MH32的嵌入式程序，主要功能是對 GPIO 輸入進行測試，同時配置 UART 串口通信用于輸出系統時鐘信息和按鍵按下的提示信息。

主函數main()

int main(void)
{
    RCC_ClocksTypeDef clocks;
    delay_init();
    UART_Configuration(115200);
    RCC_GetClocksFreq(&clocks);

    printf("n");
    printf("SYSCLK: %3.1fMhz, HCLK: %3.1fMhz, PCLK1: %3.1fMhz, PCLK2: %3.1fMhz, ADCCLK: %3.1fMhzn",
           (float)clocks.SYSCLK_Frequency / 1000000, (float)clocks.HCLK_Frequency / 1000000,
           (float)clocks.PCLK1_Frequency / 1000000, (float)clocks.PCLK2_Frequency / 1000000, (float)clocks.ADCCLK_Frequency / 1000000);
    printf("GPIO IO Input Tset.n");

    GPIO_Configuration();

    while (1)
    {
    }
}

對延時函數進行初始化。

把串口波特率配置為 115200。

獲取系統時鐘頻率并輸出。

配置 GPIO。

進入無限循環。

GPIO 配置函數GPIO_Configuration()

void GPIO_Configuration(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_PIN1_TEST;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_SPEED_TEST;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_MODE_TEST;
    GPIO_Init(GPIO_GROUP_TEST, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource1);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel                   = EXTI1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority        = 3;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd                = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    EXTI_InitStructure.EXTI_Line    = EXTI_Line1;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode    = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
}

開啟 GPIOA 和 AFIO 的時鐘。

對 GPIO 引腳進行初始化。

把 GPIO 引腳配置為外部中斷線。

對 NVIC（嵌套向量中斷控制器）進行配置。

對外部中斷進行配置，觸發方式為下降沿觸發。

UART 配置函數UART_Configuration()

void UART_Configuration(uint32_t bound)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    USART_InitStructure.USART_BaudRate            = bound;
    USART_InitStructure.USART_WordLength          = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits            = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity              = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode                = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;

    USART_Init(USART_TEST, &USART_InitStructure);
    USART_Cmd(USART_TEST, ENABLE);
}

開啟 USART1 和 GPIOA 的時鐘。

對 USART1 的發送和接收引腳進行初始化。

對 USART1 進行初始化，設置波特率、數據位、停止位等參數。

使能 USART1。

外部中斷處理函數EXTI1_IRQHandler()

void EXTI1_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) == SET)
    {
        delay_ms(10);
        if (GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == Bit_SET)
        {
            printf("The key is pressedn");
        }
    }
    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);
}

當檢測到外部中斷觸發時，進行消抖處理。

若按鍵確實被按下，則通過串口輸出提示信息。

清除中斷標志位。

3.2 GPIO_IOOut例程

初始化部分：delay_init()：初始化延時函數。

UART_Configuration(115200)：配置串口，波特率為 115200。

RCC_GetClocksFreq(&clocks)：獲取系統時鐘頻率信息，并通過串口打印出來。

GPIO_Configuration()：配置 GPIOB 的 PB0、PB2、PB3 為推挽輸出模式。

主循環部分：

以 200ms 為間隔依次將 PB0、PB2、PB3 置高電平，再依次將它們置低電平，循環執行。

 while (1)
    {
        GPIO_SetBits(GPIO_GROUP_TEST, GPIO_PIN1_TEST);
        printf("LED1 ONn");
        delay_ms(200);
        GPIO_SetBits(GPIO_GROUP_TEST, GPIO_PIN2_TEST);
        printf("LED2 ONn");
        delay_ms(200);
        GPIO_SetBits(GPIO_GROUP_TEST, GPIO_PIN3_TEST);
        printf("LED3 ONn");
        delay_ms(200);
        GPIO_ResetBits(GPIO_GROUP_TEST, GPIO_PIN1_TEST);
        printf("LED1 OFFn");
        delay_ms(200);
        GPIO_ResetBits(GPIO_GROUP_TEST, GPIO_PIN2_TEST);
        printf("LED2 OFFn");
        delay_ms(200);
        GPIO_ResetBits(GPIO_GROUP_TEST, GPIO_PIN3_TEST);
        printf("LED3 OFFn");
        delay_ms(200);
    }
}

4 下載驗證

4.1 GPIO_IOInput例程

4.2 GPIO_IOOut例程

審核編輯 黃宇