GPIO（通用输入输出）与LPUART（低功耗通用异步收发传输器）简述

GPIO（通用输入输出）与LPUART（低功耗通用异步收发传输器）在嵌入式系统中常结合使用，以下从关联、配置、使用场景及注意事项四方面展开说明：

一、GPIO与LPUART的关联

1. 功能复用
   GPIO引脚可通过配置切换为LPUART的TX（发送）和RX（接收）引脚，实现串口通信。例如：
   • STM32L496的LPUART通信口可复用到PA2/PA3、PB10/PB11、PG7/PG8等引脚。
   • 树莓派3需关闭蓝牙占用后，才能将硬件串口分配给GPIO14/GPIO15。
2. 硬件依赖
   LPUART需依赖GPIO的复用功能（AF模式）和正确电平配置（如推挽输出TX、浮空输入RX），同时需确保时钟和电源域使能。

二、配置步骤与示例

1. 硬件初始化

• 时钟使能
  需开启GPIO端口和LPUART外设的时钟：

  	// STM32示例：使能GPIOB和LPUART1时钟
  	__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
  	__HAL_RCC_LPUART1_CLK_ENABLE();

• 引脚配置
  设置GPIO为复用功能（AF模式），并指定引脚功能（如AF8对应LPUART1）：

  	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  	GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11; // TX/RX引脚
  	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; // 复用推挽输出
  	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; // 无上下拉
  	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; // 低速模式
  	GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF8_LPUART1; // 复用功能选择
  	HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

2. LPUART参数配置

• 波特率与数据格式
  需根据时钟源设置波特率（如HSI最高46kbps，LSE最高9.6kbps）：

  	UART_HandleTypeDef huart1;
  	huart1.Instance = LPUART1;
  	huart1.Init.BaudRate = 115200; // 波特率
  	huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; // 8位数据位
  	huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; // 1位停止位
  	huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; // 无校验
  	huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; // 发送+接收模式
  	HAL_UART_Init(&huart1);

• 电源域配置（特殊场景）
  某些GPIO（如STM32的PG7/PG8）需额外配置电源域（如VDDIO2）：

  	__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  	HAL_PWREx_EnableVddIO2(); // 使能VDDIO2电源域

三、使用场景

1. 低功耗通信
   LPUART可在MCU停止模式下以极低功耗捕获数据帧，适用于电池供电设备（如智能手表、传感器节点）。

2. 多速率兼容性
   通过切换时钟源（如HSI/LSE）和波特率，可适配不同速率需求：

   • HSI（高速内部时钟）：适合高波特率（如115200bps）。
   • LSE（32.768kHz晶振）：适合低功耗场景（波特率≤9600bps）。

3. 硬件抽象
   LPUART支持DMA和硬件FIFO，可减轻CPU负担，适用于高速数据传输（如日志记录、传感器数据采集）。

四、常见问题与解决方案

1. 无输出信号
   • 原因：GPIO复用配置错误、时钟未使能、波特率超出时钟范围。
   • 解决：检查引脚复用设置（如GPIO_AF8_LPUART1），确认时钟已使能，并验证波特率是否满足3×波特率 ≤ 时钟 ≤ 4096×波特率。
2. 数据接收异常
   • 现象：接收中断标志与奇偶校验标志顺序异常。
   • 解决：优先检查接收完成标志，再处理校验错误；中断模式下建议仅开启接收完成中断。
3. 电源域冲突
   • 现象：PG7/PG8等引脚无信号。
   • 解决：使能VDDIO2电源域（如HAL_PWREx_EnableVddIO2()），并配置对应时钟。

五、总结

GPIO与LPUART的结合使用需关注：

1. 复用功能配置：确保GPIO引脚切换至LPUART模式。
2. 时钟与电源：根据场景选择时钟源，并使能相关电源域。
3. 波特率验证：严格遵循时钟与波特率的约束关系。
4. 中断处理：优化中断标志检查顺序，避免数据丢失。

通过合理配置，可实现低功耗、高可靠的串口通信，适用于物联网、可穿戴设备等场景。