STM32學(xué)習(xí)筆記之GPIO口的使用

一、GPIO口簡介

1、 GPIO口輸入輸出模式

1.1 一般來說STM32的輸入輸出管腳有以下8種配置方式：

輸入

① 浮空輸入_IN_FLOATING——浮空輸入，可以做KEY識別

② 帶上拉輸入_IPU ——IO內(nèi)部上拉電阻輸入

③ 帶下拉輸入_IPD ——IO內(nèi)部下拉電阻輸入

④ 模擬輸入_AIN ——應(yīng)用ADC模擬輸入，或者低功耗下省電

輸出
⑤ 開漏輸出_OUT_OD ——IO輸出0接GND，IO輸出1，懸空，需要外接上拉電阻，才能實現(xiàn)輸出高電平。

當(dāng)輸出為1時，IO口的狀態(tài)由上拉電阻拉高電平，但由于是開漏輸出模式，這樣IO

口也就可以由外部電路改變?yōu)榈碗娖交虿蛔??？梢宰xIO輸入電平變化，實現(xiàn)C51的

IO雙向功能。

⑥ 推挽輸出_OUT_PP ——IO輸出0-接GND， IO輸出1 -接VCC，讀輸入值是未知的。

復(fù)用輸出

⑦ 復(fù)用功能的推挽輸出_AF_PP ——片內(nèi)外設(shè)功能（I2C的SCL，SDA）

⑧ 復(fù)用功能的開漏輸出_AF_OD ——片內(nèi)外設(shè)功能（TX1，MOSI，MISO，SCK，SS）

2、輸入輸出模式詳解

一般我們平時用的最多的也就是推挽輸出、開漏輸出、上拉輸入，介紹如下：

2.1推挽輸出：

可以輸出高，低電平，連接數(shù)字器件；推挽結(jié)構(gòu)一般是指兩個三極管分別受兩互補(bǔ)信號的控制，總是在一個三極管導(dǎo)通的時候另一個截止。高低電平由IC的電源低定。

推挽電路是兩個參數(shù)相同的三極管或MOSFET，以推挽方式存在于電路中，各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù)，電路工作時，兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有一個導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小、效率高。輸出既可以向負(fù)載灌電流，也可以從負(fù)載抽取電流。推拉式輸出級既提高電路的負(fù)載能力，又提高開關(guān)速度。

2.2開漏輸出：

輸出端相當(dāng)于三極管的集電極。要得到高電平狀態(tài)需要上拉電阻才行。 適合于做電流型的驅(qū)動，其吸收電流的能力相對強(qiáng)(一般20mA以內(nèi))

開漏形式的電路有以下幾個特點：

1、利用外部電路的驅(qū)動能力，減少IC內(nèi)部的驅(qū)動。當(dāng)IC內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通時，驅(qū)動電流是從外部的VCC流經(jīng)R pull-up ，MOSFET到GND。IC內(nèi)部僅需很小的柵極驅(qū)動電流。

2、一般來說，開漏是用來連接不同電平的器件，匹配電平用的，因為開漏引腳不連接外部的上拉電阻時，只能輸出低電平，如果需要同時具備輸出高電平的功能，則需要接上拉電阻，很好的一個優(yōu)點是通過改變上拉電源的電壓，便可以改變傳輸電平。比如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS電平輸出等。（上拉電阻的阻值決定了邏輯電平轉(zhuǎn)換的沿的速度。阻值越大，速度越低功耗越小，所以負(fù)載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。）

3、 OPEN-DRAIN提供了靈活的輸出方式，但是也有其弱點，就是帶來上升沿的延時。因為上升沿是通過外接上拉無源電阻對負(fù)載充電，所以當(dāng)電阻選擇小時延時就小，但功耗大；反之延時大功耗小。所以如果對延時有要求，則建議用下降沿輸出。

4、可以將多個開漏輸出的Pin，連接到一條線上。通過一只上拉電阻，在不增加任何器件的情況下，形成“與邏輯”關(guān)系。這也是I2C，SMBus等總線判斷總線占用狀態(tài)的原理。

補(bǔ)充：什么是“線與”？：

在一個結(jié)點(線)上， 連接一個上拉電阻到電源 VCC 或 VDD 和 n 個 NPN 或 NMOS 晶體管的集電極 C 或漏極 D， 這些晶體管的發(fā)射極 E 或源極 S 都接到地線上， 只要有一個晶體管飽和，這個結(jié)點(線)就被拉到地線電平上。 因為這些晶體管的基極注入電流(NPN)或柵極加上高電平(NMOS)， 晶體管就會飽和，所以這些基極或柵極對這個結(jié)點(線)的關(guān)系是或非 NOR 邏輯。 如果這個結(jié)點后面加一個反相器， 就是或 OR 邏輯。

其實可以簡單的理解為：在所有引腳連在一起時，外接一上拉電阻，如果有一個引腳輸出為邏輯0，相當(dāng)于接地，與之并聯(lián)的回路“相當(dāng)于被一根導(dǎo)線短路”，所以外電路邏輯電平便為0，只有都為高電平時，與的結(jié)果才為邏輯1。

2.3浮空輸入 ：對于浮空輸入，一直沒找到很權(quán)威的解釋，只好從以下圖中去理解了。

2.4 上拉輸入/下拉輸入/模擬輸入：這幾個概念很好理解，從字面便能輕易讀懂。

2.5 復(fù)用開漏輸出、復(fù)用推挽輸出：可以理解為GPIO口被用作第二功能時的配置情況（即并非作為通用IO口使用）

二、GPIO口配置

1、根據(jù)具體應(yīng)用配置為輸入或輸出

① 作為普通GPIO輸入：

根據(jù)需要配置該引腳為浮空輸入、帶弱上拉輸入或帶弱下拉輸入，同時不要使能該引腳對應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

② 作為普通GPIO輸出：

根據(jù)需要配置該引腳為推挽輸出或開漏輸出，同時不要使能該引腳對應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

③ 作為普通模擬輸入：

配置該引腳為模擬輸入模式，同時不要使能該引腳對應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

④ 作為內(nèi)置外設(shè)的輸入：

根據(jù)需要配置該引腳為浮空輸入、帶弱上拉輸入或帶弱下拉輸入，同時使能該引腳對應(yīng)的某個復(fù)用功能模塊。

⑤ 作為內(nèi)置外設(shè)的輸出：

根據(jù)需要配置該引腳為復(fù)用推挽輸出或復(fù)用開漏輸出，同時使能該引腳對應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

2、輸出模式下，配置速度

I/O口輸出模式下，有3種輸出速度可選(2MHz、10MHz和50MHz)，這個速度是指I/O口驅(qū)動電路的響應(yīng)速度而不是輸出信號的速度，輸出信號的速度與程序有關(guān)（芯片內(nèi)部在I/O口的輸出部分安排了多個響應(yīng)速度不同的輸出驅(qū)動電路，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇合適的驅(qū)動電路）。通過選擇速度來選擇不同的輸出驅(qū)動模塊，達(dá)到最佳的噪聲控制和降低功耗的目的。高頻的驅(qū)動電路，噪聲也高，當(dāng)不需要高的輸出頻率時，請選用低頻驅(qū)動電路，這樣非常有利于提高系統(tǒng)的EMI性能。當(dāng)然如果要輸出較高頻率的信號，但卻選用了較低頻率的驅(qū)動模塊，很可能會得到失真的輸出信號。關(guān)鍵是GPIO的引腳速度跟應(yīng)用匹配。

2.1對于串口，假如最大波特率只需115.2k，那么用2M的GPIO的引腳速就夠

了，既省電也噪聲小。

2.2對于I2C接口，假如使用400k波特率，若想把余量留大些，那么用2M的

GPIO的引腳速度或許不夠，這時可以選用10M的GPIO引腳速度。

2.3 對于SPI接口，假如使用18M或9M波特率，用10M的GPIO的引腳速度顯然不夠了，需要選用50M的GPIO的引腳速度。

3、GPIO口初始化

①使能GPIO口的時鐘 ②配置模式設(shè)置（8種模式）

 STM32的GPIO的時鐘統(tǒng)一掛接在APB2上，具體的使能寄存器為RCC_APB2ENR該寄存器的第2位到第8位分別控制GPIOx（x=A,B,C,D,E,F,G)端口的時鐘使能。

如打開PORTA時鐘 RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能PORTA時鐘

如果把端口配置成復(fù)用輸出功能，則還需開始復(fù)用端口時鐘，并進(jìn)行相應(yīng)配置。

4、GPIO配置寄存器

GPIO口配置是通過配置寄存器來進(jìn)行的，每個GPIO 端口有：

兩個32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)分別控制每個端口的高八位和低八位。如果IO口是0-7號的話，則寫CRL寄存器；如果IO口是8-15號的話，則寫CRH寄存器。

兩個32位數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR，GPIOx_ODR)一個是只讀作輸入數(shù)據(jù)寄存器，一個是只寫作輸出寄存器。

一個32位置位/復(fù)位寄存器(GPIOx_BSRR)。

一個16位復(fù)位寄存器(GPIOx_BRR)。

一個32位鎖定寄存器(GPIOx_LCKR)。

常用的IO端口寄存器只有四個：CRH，CRL，IDR，ODR。

數(shù)據(jù)手冊中列出的每個I/O端口的特定硬件特征。 GPIO端口的每個位可以由軟件分別配置成多種模式。每個I/O端口位可以自由編程，然而I/0端口寄存器必須按32位字被訪問(不允許半字或字節(jié)訪問)。另外，STM32的每個端口使用前都要將其時鐘使能，STM32的GPIO的時鐘統(tǒng)一掛接在APB2上，具體的使能寄存器為RCC_APB2ENR，該寄存器的第2位到第8位分別控制GPIOx（x=A,B,C,D,E,F,G)端口的時鐘使能，當(dāng)外設(shè)時鐘沒有啟用時，程序不能讀出外設(shè)寄存器的數(shù)值，如打開PORTA時鐘： RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能PORTA時鐘

總結(jié)一下GPIO功能：

1、通用I/O(GPIO)：最基本的功能，可以驅(qū)動LED、可以產(chǎn)生PWM、可以驅(qū)動蜂鳴器等等；

2、單獨(dú)的位設(shè)置或位清除：方便軟體作業(yè)，程序簡單。端口配置好以后只需GPIO_SetBits(GPIOx， GPIO_Pin_x)就可以實現(xiàn)對GPIOx的pinx位為高電平；

3、所有端口都有外部中斷能力：端口必須配置成輸入模式，所有端口都有外部中斷能力；

4、復(fù)用功能(AF)：復(fù)用功能的端口兼有IO功能等。復(fù)位期間和剛復(fù)位后，復(fù)用功能未開啟，I/O 端口被配置成浮空輸入模式。

5、 軟件重新映射I/O復(fù)用功能：為了使不同器件封裝的外設(shè)I/O 功能的數(shù)量達(dá)到最優(yōu)，可以把一些復(fù)用功能重新映射到其他一些腳上。這可以通過軟件配置相應(yīng)的寄存器來完成。這時，復(fù)用功能就不再映射到它們的原始引腳上了。

6、 GPIO鎖定機(jī)制：當(dāng)在一個端口位上執(zhí)行了所定(LOCK)程序，在下一次復(fù)位之前，將不能再更改端口位的配置。

5、GPIO寄存器詳解

參見《STM32F10X中文手冊》

三、GPIO輸出實驗

這里利用ST固件庫，就不需要自己對照配置寄存器寫代碼，直接利用庫函數(shù)，非常方便。

4個LED接在GPIOF管腳6、7、8、9，為推挽輸出

Main.c

#include "stm32f10x.h"

#include "led.h"

void Delay(u32 d_time)；

int main(void)

{

LED_Init()；

while(1)

{

GPIO_SetBits(GPIOF，GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9)；

Delay(3000000)；

GPIO_ResetBits(GPIOF，GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9)；

Delay(3000000)；

}

}

void Delay(u32 d_time)

{

for(；d_time>0；d_time--)；

}

Led.h

#ifndef __LED_H

#define __LED_H

void LED_Init(void)；

#endif

Led.c

#include "led.h"

//LED IO初始化

void LED_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure；

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOF， ENABLE)；

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9；

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP；

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz；

GPIO_Init(GPIOF， &GPIO_InitStructure)；

GPIO_ResetBits(GPIOF，GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9)；

}