STM32 GPIO的八種工作模式

一.GPIO的簡(jiǎn)介

GPIO (general purpose input output)是通用輸入輸出端口的簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是軟件可控制的引腳，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。

1.引腳全是GPIO嘛?

答案是否定的，不是所有引腳都是GPIO

STM32F103VET6引腳圖

STM32 芯片的 GPIO 被分成很多組，每組有 16 個(gè)引腳，如型號(hào)為 STM32F103VET6 型號(hào)的芯片有 GPIOA、GPIOB、GPIOC 至 GPIOE 共 5 組 GPIO，例如GPIOA(PA0~PA15 16個(gè)引腳)芯片一共 100 個(gè)引腳，其中GPIO 就占了一大部分，所有的 GPIO 引腳都有基本的輸入輸出功能

這100個(gè)引腳中除了GPIO還有特殊功能的引腳，例如復(fù)位引腳，電源引腳…

2.GPIO的輸入輸出模式

GPIO可配置8種模式

輸出模式下可控制端口的輸出高低電平，可用于驅(qū)動(dòng)LED、控制蜂鳴器、模擬通信協(xié)議輸出時(shí)序(SPI I2C 等)等

輸入模式下可讀取端口的高低電平或電壓，用于讀取按鍵輸入，外接模塊電平信號(hào)輸入，ADC電壓采集、模擬通信協(xié)議接收數(shù)據(jù)(SPI I2C 等)等

3.GPIO基本結(jié)構(gòu)

每個(gè)GPIO端口對(duì)應(yīng)16個(gè)引腳，例GPIOA(PA0~PA15)

內(nèi)核cpu就可以通過(guò)APB2總線對(duì)寄存器讀寫(xiě)，完成輸出電平和讀取電平的功能

二.GPIO功能框圖

保護(hù)二極管

芯片的引腳電平0~3.3V，部分引腳可以5V,引腳的兩個(gè)保護(hù)二級(jí)管可以防止引腳外部過(guò)高或過(guò)低的電壓輸入

1.當(dāng)引腳電壓高于VDD 時(shí)，上方的二極管導(dǎo)通

防止過(guò)高電壓進(jìn)入芯片內(nèi)部燒壞芯片

2.當(dāng)引腳電壓低于 VSS 時(shí)，下方的二極管導(dǎo)通

防止電壓過(guò)低，從芯片內(nèi)部汲取電流

施密特觸發(fā)器

具有濾波的作用，就是讓通過(guò)的電平輸出穩(wěn)定的高低電平

三.GPIO的8種工作模式

1.浮空，上拉，下拉輸入

在輸入模式時(shí)，施密特觸發(fā)器打開(kāi)，輸出被禁止，可通過(guò)輸入數(shù)據(jù)寄存器 GPIOx_IDR讀取 I/O 狀態(tài)。

由于電阻阻值很大這里的上拉下拉輸入都是弱上拉 弱下拉，為了對(duì)外部輸入產(chǎn)生很大的影響

上拉輸入：給一個(gè)默認(rèn)的高電平也就是說(shuō)當(dāng)沒(méi)有外部輸入時(shí)默認(rèn)輸入高電平

下拉輸入：給一個(gè)默認(rèn)的低電平也就是說(shuō)當(dāng)沒(méi)有外部輸入時(shí)默認(rèn)輸入低電平

浮空輸入：如果輸入引腳啥都不接，此時(shí)輸入電平極易受外界的干擾導(dǎo)致輸入電平不確定，完全由外部的輸入決定。

2.模擬輸入

這模式主要為片上外設(shè)ADC而配置，從外部讀取模擬信號(hào)

模擬信號(hào)：測(cè)試信號(hào)未經(jīng)過(guò)采樣前，均是時(shí)間和幅值均是連續(xù)的信號(hào)稱(chēng)為模擬信號(hào)，例如連續(xù)變化的電壓，電流，溫度等等。

數(shù)字信號(hào)：模擬信號(hào)經(jīng)等間隔“采樣”及幅值量化以后，時(shí)間和幅值均是不連續(xù)的(離散)的信號(hào),例如0 /1

這里不需要經(jīng)過(guò)施密特濾波，人家本來(lái)就要連續(xù)變化的模擬量

3.推挽和開(kāi)漏輸出

● 施密特觸發(fā)輸入被激活

● 弱上拉和下拉電阻被禁止

● 出現(xiàn)在I/O腳上的數(shù)據(jù)在每個(gè)APB2時(shí)鐘被采樣到輸入數(shù)據(jù)寄存器

● 在開(kāi)漏模式時(shí)，對(duì)輸入數(shù)據(jù)寄存器的讀訪問(wèn)可得到I/O狀態(tài)

● 在推挽式模式時(shí)，對(duì)輸出數(shù)據(jù)寄存器的讀訪問(wèn)得到最后一次寫(xiě)的值

除了模擬輸入的這種模式會(huì)關(guān)閉數(shù)字輸入功能其他七種模式，都可以通過(guò)輸入寄存器讀取I/O狀態(tài)，例：在模擬I2C實(shí)驗(yàn)中把GPIO的工作模式配置為開(kāi)漏輸出時(shí)同時(shí)也可以讀取引腳電平狀態(tài)，現(xiàn)在不知道不要緊后面會(huì)詳細(xì)講解

在輸出模式中，推挽模式時(shí)雙 MOS 管以輪流方式工作，輸出數(shù)據(jù)寄存器 GPIOx_ODR可控制 I/O 輸出高低電平。開(kāi)漏模式時(shí)，只有 N-MOS 管工作，輸出數(shù)據(jù)寄存器可控制 I/O輸出高阻態(tài)或低電平。

1.推挽輸出

當(dāng)輸出寄存器輸出高電平，則引腳也輸出高電平

當(dāng)輸出寄存器輸出低電平，則引腳也輸出低電平

2.開(kāi)漏輸出

當(dāng)輸出寄存器輸出高電平，則引腳輸出高阻態(tài)

當(dāng)輸出寄存器輸出低電平，則引腳輸出低電平

4.復(fù)用功能推挽開(kāi)漏輸出

復(fù)用功能模式中，輸出使能，輸出速度可配置，可工作在開(kāi)漏及推挽模式， 但是輸出信號(hào)源于其它外設(shè)

輸出數(shù)據(jù)寄存器 GPIOx_ODR 無(wú)效;輸入可用，通過(guò)輸入數(shù)據(jù)寄存器可獲取 I/O 實(shí)際狀態(tài)，但一般直接用外設(shè)的寄存器來(lái)獲取該數(shù)據(jù)信號(hào)

這里以串口的發(fā)送TX和接收RX引腳為例

串口的發(fā)送引腳TX

串口的接收引腳RX

這里串口外設(shè)不知道是什么不要緊，以后會(huì)細(xì)講只要指到復(fù)用功能的推挽與開(kāi)漏輸出與普通的推挽與開(kāi)漏輸出只是輸出的寄存器換成外設(shè)的寄存器

四.GPIO的寄存器

通過(guò)對(duì) GPIO 寄存器寫(xiě)入不同的參數(shù)，就可以改變 GPIO 的工作模式，要了解具體寄存器時(shí)一定要查閱《STM32F10X-中文參考手冊(cè)》中對(duì)應(yīng)外設(shè)的寄存器說(shuō)明。

端口配置低寄存器

在 GPIO 外設(shè)中，控制端口高低控制寄存器 CRH 和 CRL 可以配置每個(gè) GPIO 的工作模式和工作的速度，每 4 個(gè)位控制一個(gè) IO，CRH 控制端口的高八位，CRL 控制端口的低 8 位，具體的看 CRH 和 CRL 的寄存器描述

端口配置低寄存器

端口輸出寄存器

端口位設(shè)置/清除寄存器

端口位清除寄存器

端口位清除寄存器

總結(jié)

大家一定要把八種GPIO的模式都弄清楚原理，為后面學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，本文就到這里。

來(lái)源：https://blog.csdn.net/k666499436/article/details/123845466