GPIO的工作模式、GPIO复用

1、GPIO 内部结构

GPIO 的电路是一堆电路，所以需要配置寄存器，来打开对应的开关，来实现不同的功能。

输入部分：

输入的信号，不会反向的回流到输出电路，因为 N-MOS、P-MOS 不会被反向导通。（输入电路不会影响到输出电路）

输入电路内部有两个电阻：上拉电阻、下拉电阻。

• 上下拉电阻对应两个开关：这个开关也是通过 GPIO 的配置寄存器，来进行配置打开或者关闭。
• VDD 开关闭合：上拉输入。（即没有信号输入的时候，触发器里面存储 1 ）
• VSS 开关闭合：下拉输入。（即没有信号输入的时候，触发器里面存储 1）
• VDD、VSS 都不导通：浮空输入。

模拟输入：不经过触发器，直接接到片上外设 ADC ，从而进行模数转换。

触发器：存储高低电平的 bit 位。（代表数字输入）

输出部分：

N-MOS 管：高电平 导通

P-MOS 管： 低电平 导通

当输出寄存器为高电平的时候，经过一个非门，传到输出控制的时候，就变成了一个低电平，从而将 P-MOS 导通。

电位的提供不是靠数据寄存器，而是通过打开对应的开关，从而利用对应的电源实现。（VDD、VSS）

输出控制有两个控制端

• 输出数据寄存器：代表通用的 GPIO
• 片上外设寄存器：代表 GPIO 的复用功能。

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2、GPIO 的 8种工作模式

不同模式对应的电路流向：

浮空输入：

输入上拉、下拉：

模拟输入：

开漏输出：此时的 I/O 端口，既可以做输入模式、也可以做输出模式。

• 此时的输出电平，并不会影响到输入电路。（与推完输出不同）
• 因为开漏输出：VDD 不会起作用，输出高电平的时候，依靠外面外接一个上拉电阻。
• 所以开漏输出的高电平，并不会影响到对应的输入电路。

推挽输出：

• 此时输出高电平，是依靠 VDD 来实现的，所以同时会影响到输入电路。
• 此时输入电路就无法分辨，高电平是自己输出的，还是外部输入的。

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3、GPIO 的复用

STM32基本上每个引脚都有8种配置模式：

１）浮空输入
２）带弱上拉输入
３）带弱下拉输入
４）模拟输入

５）推挽输出
６）开漏输出
７）复用推挽输出
８）复用开漏输出

STM32Fxx内部集成了很多的外设控制器，比如USART、SPI、bxCAN等等，这些外设控制器，也需要通过引脚与外设连接。

复用功能是相对于单片机的引脚而言的。所谓“复用功能”，是指单片机的引脚既可以做普通GPIO使用，也可以作为内部外设控制器的引脚来使用。

比如我们来看看STM32F103xx单片机的PA5引脚，如下图：

（1）GPIO 支持多种外设的时候，如何区别

！！！：通过外设时钟是否是能，以及当前 GPIO 处于什么模式。

PA5 的功能：

• 普通GPIO
• SPI1的时钟（SPI1_SCK）
• DAC的输出通道1（DAC_OUT1）
• ADC的输入通道5（ADC12_IN5）

PA5支持的三种外设（SPI1、DAC、ADC）在同一时刻只能选择一种。

选择的方法是：开启相应外设的时钟，并使其它外设的时钟保持关闭状态。

如果PA5被配置为复用功能，但是没有开启它支持的任何外设的时钟，它的输出是不确定的。

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（2）普通推挽输出、复用推挽输出的区别

复用推挽输出和（普通）推挽输出在输出的时候均使用两个MOS管（P-MOS和-MOS），其输出电路是相同的。

！！！！区别在于控制输出的信号来源：

• （普通）推挽输出控制MOS管的信号来自 输出数据寄存器。
• 复用推挽输出的控制信号来自单片机的 内置外设控制器（比如SPI1）。

下面这张图，是普通GPIO输出的引脚配置图，可以看到其输出信号来自输出 数据寄存器（Output data register）：

下面这张图，是选择复用功能后的引脚配置图，可以看到其输出信号来自 芯片内置的外设控制器：

注意：虽然复用模式的控制信号来自内置外设控制器，但是单片机（CPU）依然可以读取相应的数据。

• 在 复用推挽输出模式 下，单片机可以通过读取输出数据寄存器（Output Data Register）的数据来获取上次输出的值；
• 在 复用开漏输出的模式 下，单片机可以通过读取输入数据寄存器（Input Data Register）的值来获取引脚的状态。