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STM32 GPIO详解

2023-08-05

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下文将根据STM32F207参考手的中GPIO框图讲解GPIO功能。


01I/O接口电路

带FT的是说明可以容忍5V电压的，I/O电路框图

1.1、普通输入

普通输入模式下，上拉和下拉电阻（微弱）的存在，共分3种模式

  • 浮空输入，不使能上拉电阻，不使能下拉电阻

  • 上拉输入，使能上拉电阻

  • 下拉输入，使能下拉电阻

    • 从上面框图得知，输出缓存是被禁止的

    1.2、普通输出

    普通输入模式下，上拉和下拉电阻（微弱）的存在。主要是由于P-MOS和N-MOS的存在分为下列两种模式

  • 开漏模式：输出寄存器是 0 时，激活 N-MOS， 而输出寄存器是 1 时，端口保持高阻态(P-MOS 不会被使能)

  • 推挽输出： 输出寄存器是 0 时，激活 N-MOS， 而输出寄存器是 1 时，激活 P-MOS

    • 从上面的框图得知，

    1、在普通输出模式中，TTL施密特触发器是打开的，所以读输入数据寄存器，可以得到 I/O 的状态。

    2、驱动GPIO输出，我们可以采用输出寄存器也可以使用位段

    1.3、模拟输入

    模拟输入上拉电阻和下拉电阻是没有用的

    高阻态下模拟输入

    从上面框图得知

  • 弱上拉和下拉电阻禁止

  • 施密特触发器停用，施密特触发器输出值强制为0

  • 输出缓存被禁止

  • 读输入数据期存器， 读到的值为0

    • 注意：IO配置成模拟输入时，不能容忍5V电压

    1.4、复用输出

    复用输出框图

    从上图框图中可以得到5条信息

  • 输出缓存被来自外设的信号驱动(发送数据器使能和数据)，也即是位设置/清除寄存器和输出数据寄存器在这里是无用的

  • 由于P-MOS和N-MOS使能，仍然可以配置成推挽输出和开漏输出

  • 上拉电阻和下拉电阻使能，可以进行配置

  • TTL施密特触发器使能

  • 可以通过读输入数据寄存器， 可以得到 I/O 的状态


    • 02管脚复用和重映射

    管脚复用和重映射(其实是一回事)，STMF10X系列叫重映射，STMF20X系列叫管脚复用，也就是复用功能

    2.1、STMF10X系列

    STM32上有很多I/O口，也有很多的内置外设想I2C,ADC,ISP,USART等，为了节省引出管脚，这些内置外设基本上是与I/O口共用管脚的，也就是I/O管脚的复用功能。但是STM32还有一特别之处就是：很多复用内置的外设的I/O引脚可以通过重映射功能，从不同的I/O管脚引出，即复用功能的引脚是可通过程序改变的。

    三个红框交汇处.STM32F103VCT6这个CPU的USART1接的是PB6/PB7但是上电初始化后默认功能并非是USART1.所以想要用串口功能.必须用端口重映射。

    STM32的单片机每个功能模块有自己的时钟系统,所以要想要调用STM32单片机的功能模块时必须先配置对应时钟,然后才能去操作相应的功能模块.端口重映射也一样.如图示:

    重映射步骤为:

    1.打开重映射时钟和USART重映射后的I/O口引脚时钟, 

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB |RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);


    2.I/O口重映射开启.

    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART1,ENABLE);

    3.配制重映射引脚, 这里只需配置重映射后的I/O,原来的不需要去配置.

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

    2.1、STMF20X系列

    STMF20X系列(包括之后的40系列)是没有重映射的说法，只有统一的称为复用功能。

    从上图看出F10X系列会有专门的普通IO寄存器，会有复用寄存器，使用库函数如下：

    void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalStateNewState)


    从上图F20X系列使用了复用功能寄存器，然不是像F10系列存在专门的复用寄存器，F20X系列GPIO复用的功能更广。

    备注：要先配置GPIO为复用功能，再调用复用的库函数


    03相关名词解释

    GPIO模式名字解释

    GPIO_Mode

    全拼

    描述

    GPIO_Mode_AIN

    Analogue  In

    模拟输入

    GPIO_Mode_IN_FLOATING

    Float  In

    浮空输入

    GPIO_Mode_IPD

    In Pull Down

    下拉输入

    GPIO_Mode_IPU

    In Pull Up

    上拉输入

    GPIO_Mode_Out_OD

    Out Drain

    开漏输出

    GPIO_Mode_Out_PP

    Push Pull

    推挽输出

    GPIO_Mode_AF_OD

    Alternate Function

    复用开漏输出

    GPIO_Mode_AF_PP

    Alternate Function

    复用推挽输出

    F20系列：GPIO共有四种功能

    typedef enum{ GPIO_Mode_IN = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */ GPIO_Mode_OUT = 0x01, /*!< GPIO Output Mode */ GPIO_Mode_AF = 0x02, /*!< GPIO Alternate function Mode */ GPIO_Mode_AN = 0x03 /*!< GPIO Analog Mode */}GPIOMode_TypeDef;




    GPIO状态

    推挽输出

    可以输出强高低电平，连接数字器件。

    开漏输出

    只可以输出强低电平，高电平需要外部电阻拉高，输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平，需要上拉电阻，适合做电流型的驱动，其吸收电流negligence相对强(一般20ma以内)

    高阻态

    高阻态是一个数字电路里常见的术语，指的是电路的一种输出状态，既不是高电平也不是低电平，如果高阻态再输入下一级电路的话，对下级电路无任何影响，和没接一样，如果用万用表测的话有可能是高电平也有可能是低电平，随它后面接的东西定的。如果设置为浮空输入，也就是既没有上拉电阻，没有下拉电阻。可以认为是高阻态。


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