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【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)

00. 目录

文章目录

    • 00. 目录
    • 01. GPIO简介
    • 02. GPIO基本结构
    • 03. GPIO位结构
    • 04. GPIO模式
      • 4.1 输入浮空
      • 4.2 输入上拉
      • 4.3 输入下拉
      • 4.4 模拟输入
      • 4.5 开漏输出
      • 4.6 开漏复用功能
      • 4.7 推挽式输出
      • 4.8 推挽式复用功能
    • 05. LED和蜂鸣器简介
    • 06. 面包板
    • 07. 附录

01. GPIO简介

  • GPIO（General Purpose Input Output）通用输入输出口
  • 可配置为8种输入输出模式
  • 引脚电平：0V~3.3V，部分引脚可容忍5V
  • 输出模式下可控制端口输出高低电平，用以驱动LED、控制蜂鸣器、模拟通信协议输出时序等
  • 输入模式下可读取端口的高低电平或电压，用于读取按键输入、外接模块电平信号输入、ADC电压采集、模拟通信协议接收数据等

每个GPI/O端口有两个32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)，两个32位数据寄存器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)，一个32位置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR)，一个16位复位寄存器(GPIOx_BRR)和一个32位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)。
根据数据手册中列出的每个I/O端口的特定硬件特征， GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式。

  • 输入浮空

  • 输入上拉

  • 输入下拉

  • 模拟输入

  • 开漏输出

  • 推挽式输出

  • 推挽式复用功能

  • 开漏复用功能

每个I/O端口位可以自由编程，然而I/0端口寄存器必须按32位字被访问(不允许半字或字节访问)。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允许对任何GPIO寄存器的读/更改的独立访问；这样，在读和更改访问之间产生IRQ时不会发生危险。

02. GPIO基本结构

系统结构

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第1张图片

基本结构

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第2张图片

03. GPIO位结构

I/O端口位的基本结构

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第3张图片

5伏兼容I/O端口位的基本结构

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第4张图片

04. GPIO模式

通过配置GPIO的端口配置寄存器，端口可以配置成以下8种模式

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第5张图片

4种输入模式：

  • 输入浮空
  • 输入上拉
  • 输入下拉
  • 模拟输入

4种输出模式：

  • 开漏输出
  • 开漏复用功能
  • 推挽式输出
  • 推挽式复用功能

3种最大翻转速度:

  • 最大输出速度为2MHz
  • 最大输出速度为10MHz
  • 最大输出速度为50MHz

4.1 输入浮空

浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，I/O的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。所以在要读取外部信号时通常配置IO口为浮空输入模式。
【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第6张图片

4.2 输入上拉

上拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在高电平；并且在I/O端口输入为低电平的时候，输入端的电平为低电平。

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第7张图片

4.3 输入下拉

下拉输入模式下，IO口工作方式刚好和上拉模式相反。I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在低电平；并且在I/O端口输入为高电平的时候，输入端为高电平。
【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第8张图片

4.4 模拟输入

模拟输入模式下，I/O端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块，比如ADC模块等等。

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第9张图片

4.5 开漏输出

开漏输出模式下，通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，控制MOS管的导通。这里要注意N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就不会由输出的高低电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定；当设置输出的值为低电平的时候，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就是低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，I/O端口的电平不一定是输出的电平。通常使用开漏输出时外部要加一个上拉电阻。

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第10张图片

4.6 开漏复用功能

开漏复用输出模式，与开漏输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第11张图片

4.7 推挽式输出

推挽输出模式下，通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，控制P-MOS管和N-MOS管的导通来控制IO口输出高电平还是低电平。这里要注意P-MOS管和N-MOS管，当设置输出的值为1的时候，P-MOS管处于开启状态，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就由P-MOS管决定为高电平；当设置输出的值为0的时候，P-MOS管处于关闭状态，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就由N-MOS管决定为低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，此时I/O端口的电平一定是输出的电平。

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第12张图片

4.8 推挽式复用功能

推挽复用输出模式，与推挽输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第13张图片

05. LED和蜂鸣器简介

  • LED：发光二极管，正向通电点亮，反向通电不亮
  • 有源蜂鸣器：内部自带振荡源，将正负极接上直流电压即可持续发声，频率固定
  • 无源蜂鸣器：内部不带振荡源，需要控制器提供振荡脉冲才可发声，调整提供振荡脉冲的频率，可发出不同频率的声音
    【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第14张图片

硬件电路
【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第15张图片

06. 面包板

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第16张图片

面包板描述

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第17张图片

面包板使用示例

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第18张图片

【STM32】STM32学习笔记-GPIO输出(05)_第19张图片

07. 附录

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