STM32 GPIO實(shí)現(xiàn)與外部通訊、控制以及數(shù)據(jù)采集方案介紹

GPIO是什么

GPIO是通用輸入輸出端口的簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是STM32可控制的引腳，STM32芯片的GPIO引腳與外部設(shè)備連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)與外部通訊、控制以及數(shù)據(jù)采集的功能。
STM32芯片的GPIO被分成很多組，每組有16個(gè)引腳，如型號(hào)為STM32F103ZET6型號(hào)的芯片有GPIOA、GPIOB、GPIOC至GPIOG共7組GPIO，芯片一共144個(gè)引腳，其中GPIO就占了一大部分，所有的GPlO引腳都有基本的輸入輸出功能。
最基本的輸出功能是由STM32控制引腳輸出高、低電平，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制，如把GPIO引腳接入到LED燈，那就可以控制LED燈的亮滅，引腳接入到繼電器或三極管，那就可以通過(guò)繼電器或三極管控制外部大功率電路的通斷。
最基本的輸入功能是檢測(cè)外部輸入電平，如把GPIO引腳連接到按鍵，通過(guò)電平高低區(qū)分按鍵是否被按下。

點(diǎn)亮PB0 LED：

GPIO功能框圖

每個(gè)GPI/O端口有兩個(gè)32位配置寄存器（GPIOX-CRL，GPIOx-CRH），兩個(gè)32位數(shù)據(jù)寄存器（GPIOxIDR和GPIOX-ODR），一個(gè)32位置位/復(fù)位寄存器（GPIOx-BSRR），一個(gè)16位復(fù)位寄存器（GPIOx-BRR）和一個(gè)32位鎖定寄存器（GPIOX-LCKR）.
根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)中列出的每個(gè)I/O端口的特定硬件特征，GPIO端口的每個(gè)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(kāi)漏輸出

推挽式輸出

推挽式復(fù)用功能

開(kāi)漏復(fù)用功能

每個(gè)I/O端口位可以自由編程，然而I/O端口寄存器必須按32位字被訪問(wèn)（不允許半字或字節(jié)訪問(wèn)），GPIOx-BSRR和GPIOxBRR寄存器允許對(duì)任何GPIO寄存器的讀/更改的獨(dú)立訪問(wèn)；這樣，在讀和更改訪間之間產(chǎn)生IRQ時(shí)不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。

圖上除了I/O引腳我們能在芯片外部看到，其余部分都在芯片內(nèi)部

1：保護(hù)模塊：當(dāng)I/O引腳輸入正電壓大于VDD，電流就會(huì)流向VDD不會(huì)流進(jìn)芯片內(nèi)部，從而保護(hù)電路（遠(yuǎn)大于VDD時(shí)二極管會(huì)燒壞，因此不能將引腳直接接電極，要用電機(jī)驅(qū)動(dòng)），反之輸入負(fù)電壓超過(guò)VSS時(shí)，電流就會(huì)從VSS往外流。

2：推挽、開(kāi)漏或關(guān)閉：用以下兩個(gè)寄存器配置，每4個(gè)位控制一個(gè)GPIO，配置輸入輸出的各種模式（右上的上拉下拉開(kāi)關(guān)也是用這個(gè)寄存器設(shè)置的：10）。

簡(jiǎn)化電路圖：

當(dāng)INT輸入為1，取反后為0，上方的Ug

當(dāng)INT輸入為0，取反后為1，上方的Ug=Us，VDD3.3V電流流向Ug，VDD與OUT斷開(kāi)；下方的Ug>Us，GND與OUT導(dǎo)通，OUT電流流向GND。

可以輸出高低電平，用于連接數(shù)字器件，高電平由VDD決定，低電平由VSS決定。

推挽結(jié)構(gòu)指兩個(gè)三極管受兩路互補(bǔ)的信號(hào)控制，總是在一個(gè)導(dǎo)通的時(shí)候另外一個(gè)截止，優(yōu)點(diǎn)開(kāi)關(guān)效率效率高，電流大，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。

輸出高電平時(shí)，電流輸出到負(fù)載，叫灌電流，可以理解成推，輸出低電平時(shí)，負(fù)載電流流向芯片，叫拉電流，即挽。

開(kāi)漏輸出一般只能輸出低電平，想輸出高電平要另外加上拉電阻，而且此時(shí)NMOS處于截止?fàn)顟B(tài)（當(dāng)INT為1時(shí)）

輸出高電平時(shí)，VDD如果是3.3V，OUT就輸出3.3V，VDD如果是5V，OUT就輸出5V

只能輸出低電平，不能輸出高電平。

如果要輸出高電平，則需要外接上拉。

開(kāi)漏輸出具有"線與"功能，一個(gè)為低，全部為低，多用于I2C和SMBUS總線。

3：輸出數(shù)據(jù)寄存器：用以下寄存器配置，可以直接設(shè)置ODR，也可以先設(shè)置BSRR，最后ODR會(huì)被更改。

（右上的上拉下拉開(kāi)關(guān)也是用這個(gè)BSRR寄存器設(shè)置的）

4：復(fù)用功能輸出：用外設(shè)輸出時(shí)（例如串口），第3部分就沒(méi)用了。

5：輸入數(shù)據(jù)寄存器：讀出引腳數(shù)據(jù)

6：復(fù)用功能輸入：外設(shè)引腳輸入。

7：模擬輸入：ADC采集，不經(jīng)過(guò)肖特基觸發(fā)器

GPIO輸出初始化順序

1、選定具體的GPIO
2、配置GPIO工作模式（CRL和CRH寄存器）
3、控制GPIO輸出高低電平（ODR，BRR和BSRR）

點(diǎn)亮B0 LED

編輯：hfy