MCU的GPIO是它众多功能模块里面最基础的，也是每个电路设计里必用的功能，尤其是在小型的控制电路里，或者一个SOT-23-6封装的MCU，只提供若干个GPIO就已经能满足产品的需求了，因此GPIO口的应用是我们先深入探讨的第一课；我们先从基本的工作模式开始：

（1）输入模式：输入浮空、输入上拉、输入下拉、模拟输入这四种

上图为输入端口的内部逻辑图，当设置为输入浮空时，上、下拉电阻上的开关都是断开的，输入信号通过TTL 触发器进入到输入数据寄存器，并被MCU内核读取；这种情况下，如果MCU外围IO口上没有接线路，则这个管脚就是处于浮空状态的；端口的电平状态不确定，完全受外部输入所影响；这种应用在一些键盘矩阵输入应用里较为常见；但是这个浮空状态因为它的不确定性，在使用时要对你外围电路的电平状态有充分的了解。

上图设置为输入上拉，则是将IO端口上部的开关闭合，内置1个上拉电阻；这样在IO外部无任何输入信号时，IO的输入状态也是高电平，这就解决了IO状态不确定性的问题。但注意这个上拉电阻阻值是在40~100K的范围里，它的上拉驱动能力是有限的，在使用这个模式对接 类似I2C、1-wire 总线时，这个上拉电阻阻值是偏大的，还是需要在外部单独增加上拉电阻，才能确保信号的稳定性。    

上图设置为输入下拉，则是将IO端口下部的开关闭合，下拉状态将IO的初始状态确定为低电平，阻值跟上拉是一样的，在40~100K的范围里。    

上图设置为模拟输入，这种一般是内部还要接入到ADC的功能模块或COMP比较器、运放等模块，用于模拟量的输入检测，这也是用的比较多的设计，如采用NTC热敏电阻测温电路。

（2）输出模式：开漏输出及上/下拉可配、推挽式输出及上/下拉可配、推挽式复用功能及上下拉可配、开漏复用功能及上下拉可配 这四种模式。

如上图，开漏输出是指PMOS断开（不起作用）情况下，下方的N-MOS管可控制输出开、关；开漏输出的配置非常实用，可以解决MCU工作电平与外部电路电平不匹配的问题，比如MCU的IO口电平为3.3V，而外部被驱动电路为5V供电，也是可以通过开漏输出去驱动的，因为MCU内部的N-Mos管是可以承受5V的电平的；但要注意外部电路灌入N-MOS管的电流需要限制在芯片规格书要求的范围内，通常是15mA上下（具体要仔细看MCU的规格书，千万别超标了）。注意，这个模式里还可以配置上、下拉电阻，但是如果选择了上拉电阻，那它的工作电压就是MCU的VDD了，这点要注意；当你需要明确输出电平的状态为高电平时，可以配置为上拉；如果没有配置上拉，那开漏输出为1时，是得不到高电平的，实际上是IO口浮空状态，也就是这个浮空状态，才有利于我们外部加我们想要的上拉电平，从而实现电平的转换。

上图为推挽输出设置为高电平输出时的信号流，IO端口的上部分的PMOS管导通，下部的NMOS管断开；输出高电平驱动外部电路；推挽输出的驱动能力也是在15mA左右，特殊说明的端口除外；它们也是可以配置上下拉电阻的，但是对于推挽输出模式，上下拉电阻的作用并不实用，反而增加端口的功耗。

上图为推挽式复用功能，它是由片上外设功能模块进行驱动的输出，其他的功能跟普通推挽的原理是一样的；主要是它复用到哪个内部模块里去，比如UART串口、SPI串口等等；他们也都是可以设置上、下拉电阻的；在UART总线上还是有作用的。

上图为开漏式复用功能，它也是由片上外设模块所驱动，其他部分则跟普通的开漏输出原理一致，也都可以设置上下拉电阻；比如内部连到I2C功能模块，那配置了上拉电阻后，就是可以在端口总线上级联多个I2C的设备进行通信了。

前面详细说明了GPIO口的工作原理，但都还没有真正进入今天的正题，他们跟低功耗设计有什么关系？其实不然，我们只有深度了解了GPIO口的工作原理才能合理规范的使用它。接下来我们将开发实践中积累的低功耗设计的经验分享给大家：

（1）注意MCU的选型，这个非常重要的，同一个品牌的芯片里也有普通功耗和低功耗的芯片（价格会贵一点点，但是对于整体设计来说，还是值得的）

（2）MCU内部的功能模块，没有用到的，全部关闭；当你只用到一个简单的输出控制，那内部的什么ADC、UART、I2C等等都是不用的，这些在功能模块使能时都可以关闭。

（3）合理设置IO的输入、输出模式；合理设置上拉下拉电阻。这个就是上面花那么大篇幅介绍工作原理的目的。当外部电路初始状态为高，那如果时输入IO口，则不需要再设置上拉；如果是输出属性，则需要把输出设置为高，这样在端口上就不会出现损耗。注意没有使用的端口也是进行初始化配置，让这些端口处于最省电状态。

（4）合理使用GPIO口的休眠、唤醒功能；现在先进一点的arm内核的MCU，都已经具备端口休眠功能，可通过电平或边沿状态变化进行唤醒，这样可以节约MCU运行功耗。

（5）在设计程序时，使用合适的工作主频，决定MCU的功耗水平，并不是主频越高越好，能满足设计的需要即可；另外在设计GPIO口的输入功能时，能使用中断触发的，就不要采用定期查询的方式，定期查询的方式对于MCU的功耗来说肯定是大于中断触发式的。

（6）我们一般在应用GPIO口时，都是用来驱动一些外围电路，最简单的就是LED状态灯，千万别小看这个LED灯的设计，或者一个最基本的设计也会让你多付出 1~2mA的功耗，对于一个超低功耗的设计来说，也是不能忍受的。因此不要忽略每个细节外围电路，在选型LED灯器件时，选择高转换效率的高亮灯，只需要0.5mA就能让它的亮度满足指示所需，而且如果能设计成间歇式指示(如呼吸灯），就不要设计成常亮式指示；这些都是节能的细节设计。

（7）外部功能模块如果不是需要持续工作的电路，都可以采用带控制端的方式，需要时将其打开，不需要时，关闭它的电源。下面举个最常见的一个NTC热敏电阻采样电路的设计：

上图为普通的设计电路，能实现功能，但是这个分压电路在时时刻刻损耗着功率；我们优化成如下：

上图利用一个GPO口，设置为开漏输出，初始化为开漏输出高，无上下拉，这时候电路是不起作用的，也不会有功率损耗；当需要进行温度采集时，可以将GPO设置为输出低，这时候，电路起作用了，可以通过GPI去检测ADC的电压；实现对温度的检测，这个电路里省略了中间的一些防护和滤波电路，只是想给大家说明一个节约功耗的机理，希望大家是实际设计电路时能综合全面的考虑问题。

其实低功耗设计，它涉及到MCU及外围电路的全面配合，肯定不只是GPIO这个功能模块所能覆盖的，但是所有的设计理念应该都是贯穿在我们每个设计环节里面的，因此，从小做起，让我们的产品指标更加的优秀，这就是我们开发人员的追求，欢迎各位小伙伴们留下你们宝贵的经验，可以私信交流。

• Ceva-Waves™ Links™ IP系列提供完全集成的多协议连接解决方案，包括Wi-Fi、蓝牙、UWB、Thread、Zigbee和Matter，为下一代连接协议丰富的MCU和SoC简化开发工作并加快上市时间

• Ceva-Waves™ Links100 是以物联网为重点的连接平台 IP，采用台积电 22nm 制程的射频技术，并已获得一家领先OEM 客户部署使用

MCU芯片是一种集成了中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口和时钟等关键组件的单片集成电路。它在各种嵌入式系统中得到广泛应用，按位数可分为 4/8/16/32/64 位。其中32 位应用场景比较高端，主要用于智能家居、物联网、电机及变频控制、安防监控、指纹识别等重要领域。

近日，广立微（Semitronix）与中国本土领先的通用 32 位 MCU 产品及解决方案供应商灵动微电子 (MindMotion)在良率数据管理分析业务领域达成合作：广立微DATAEXP系列产品作为灵动微电子的良率数据分析管理工具，广立微DE-YMS内置AEC-Q100车规芯片质量标准，为灵动微MCU芯片产品车规级认证分析提供助力。

01、DE-YMS为客户业务报表搭建赋能

灵动微电子的工程师团队利用广立微DE-YMS自主搭建了WAT/CP/FT稳定性监测模版（良率趋势图、失效Bin趋势图、参数趋势图、参数CPK周期性报告OOS Summary），节约了数据清理和报告整理的时间，并可以根据自己设定的侦测规则快速定位是否有异常发生。

02、芯片全生命周期的数据管理、分析和追溯

灵动微电子的工程师团队表示可利用YMS Dashboard的数据展示及分析模块，高效地实现了多层面的异常分析。

例如，客诉发生时，YMS可以协助迅速找到失效样品的所有数据信息，如批次、WAT、CP、FT等等是否有异常，实现全制程数据追踪；DE-YMS可实现跨站关联性分析，WAT参数与CP/FT各站点良率、失效Bin、参数相关性分析将帮助失效项原因追溯，不再是只见树木不见森林，借助数据间的关系来对异常进行立体化诊断；同时DE-YMS良好的交互方式使得多维度探索变得便利，可以很轻松的进行测试厂之间，测试机之间，S2S之间的良率差异，参数差异，Bin分布差异，Map差异等比较分析。

03、用户反馈

提升整体效益

模版定制使我们更多专注在数据分析上，省去了数据和报告整理的时间；良好的交互性使得探索更为便利，符合我们的工作习惯。

——用户评价

全面的数据分析

在功能方面，对参数的Sensitivity分析，非常便利地评估了参数在卡紧规格线后的良率损失。

另外，重测分析也有利评估测试效率，可以对测试质量进行很好的评估。

——用户评价

4月10日，在2024年德国嵌入式大会（embedded world 2024）期间，全球领先的物联网整体解决方案供应商移远通信宣布，正式推出其高性能MCU蓝牙模组HCM511S。

移远通信高性能MCU蓝牙模组HCM511S正式发布，为低功耗紧凑型设备提供高效连接 (图示：美国商业资讯)

该模组采用低功耗蓝牙5.4技术，搭载ARM Cortex-M33处理器，内置32KB RAM存储器，并可提供352KB或512KB闪存。HCM511S模组专为数字钥匙、表计和报警器、便携式设备以及电池驱动的运动传感器等紧凑型应用而设计，堪称理想之选。

连接高效，应用广泛

HCM511S具备出色的接收灵敏度，最大发射功率为+6 dBm，可实现长距离传输，旨在为小尺寸、低功耗设备带来经济高效的连接。与此同时，该模组采用超紧凑的LCC封装方式，尺寸仅为16.6 mm × 11.2 mm × 2.1 mm，重量仅为0.57克，可极大地优化终端产品的尺寸和成本，且兼容多样化的结构设计，为电动工具、医疗健康、电子价签、智能门锁和智能家居等应用提供支持。

移远通信COO张栋表示：“我们很高兴推出这款尺寸紧凑、性能卓越的HCM511S低功耗MCU蓝牙模组。无论是数字钥匙、烧烤温度计、心率监测仪还是智能门锁，HCM511S都能提供支持。对于需要电池供电的设备，如蓝牙遥控器或电子货架标签，这款模组的高能效性将成为额外的优势。”

特别是针对表计和报警器行业，蓝牙通信方式的引入正成为行业发展的重要趋势。HCM511S凭借其超低功耗、灵敏度高、抗干扰能力强、灵活部署等优势，不仅带来了无线通信功能，还可使得表计和报警器实现联动上报，不仅降低了厨房等场景的改造难度，也为安全生活生产的实现提供了支持，在电表、水表、燃气表、燃气报警器等场景应用广泛。

值得一提的是，HCM511S支持可选的蓝牙网状网络低功耗节点，这增强了网络的可扩展性和节点数，从而满足设备部署较为密集的应用场景。同时，该模组提供多达18个GPIO，可灵活复用为各种接口，包括ADC、USART、I2C、I2S、SPI和PWM等，从而极大地丰富了终端客户的设计选项。

多地认证，安全可靠

HCM511S通过PCB板载天线进行网络连接，可在工业级器件要求的-40°C至+85°C的工作温度范围内稳定运行。目前，该模组已获得欧洲、美国、加拿大、中国、澳大利亚和新西兰等地区的认证，并且通过了蓝牙技术联盟的产品认证。

在安全性方面，HCM511S支持Secure Vault®增强型安全引擎，可为物联网终端提供更高层次的安全保障。此外，在模组开发的过程中，移远通信一直将安全置于核心位置，从产品架构到固件/软件开发，均遵循领先的行业实践和标准，通过第三方独立测试机构减少潜在漏洞，并将生成SBOMs和VEX文件等安全实践，以及执行固件二进制分析纳入整个软件开发生命周期中。

HCM511S正在德国纽伦堡嵌入式展展出，欢迎感兴趣的客户前往移远展台3-318进行咨询。

关于移远通信

上海移远通信技术股份有限公司(股票代码:603236)是全球领先的物联网整体解决方案供应商，拥有完备的IOT产品和服务，涵盖蜂窝模组(5G/4G/3G/2G/LPWA)、车载前装模组智能模组(5G/4G/边缘计算)短距离通信模组Wi-Fi&BT)、GNSS定位模组、卫星通信模组、天线等硬件产品，以及软件平台服务、认证与测试、工业智能、智慧农业等服务与解决案。公司具备丰富的行业经验，产品广泛应用于智慧交通、智慧能源、金融支付、智慧城市、无线网关、智慧农业&环境监控、智慧工业、智慧生活&医疗健康、智能安全等领域。

低功耗，低成本，高性价比

瑞萨电子RA产品家族新增RA0E1 MCU产品组。RA0E1系列是一款低功耗、低成本微控制器，结合了32MHz Arm® Cortex®-M23内核和优化的外设功能。此系列是Arm低端市场的理想选择，其引脚和外围设备的兼容性允许客户轻松扩展开发，其与RA系列一致的开发环境和工具，使用户可以无缝迁移到RA0系列。

RA0E1的特性如下

• 32MHz ARM Cortex-M23内核

• 64KB闪存、12KB SRAM和258B*4数据闪存

• 16/24/32引脚QFN封装、20引脚LSSOP封装和32引脚LQFP封装

• 12位A/D转换器、温度传感器和内部基准电压

• 定时器阵列单元TAU、32位低功耗间隔定时器TML32和RTC

• SAU（简易SPI、UART、简易I²C）、异步UART（UARTA）和I²C总线（IICA）

• 信息安全，包括TRNG、唯一ID、ID代码保护和闪存读取保护FRP

• 工作温度范围：Ta = -40℃至105℃

• 工作电压：1.6V至5.5V

更多详细内容请参考瑞萨官网：

RA0E1