STM32学习笔记三——深度讲解GPIO及其应用

目录

STM32GPIO端口位基本结构图：

结构图I/O引脚：

GPIO输入输出总结

1.GPIO引脚的四种输入方式及其特点：

1)上拉输入(GPIO_Mode_IPU)   

2)下拉输入(GPIO_Mode_IPD)    

3)模拟输入(GPIO_Mode_AIN)

4)浮空输入(GPIO_Mode_IN_FLOATING)

2.GPIO引脚的四种输出方式及其特点：

1)推挽输出:

2)开漏输出:

3)复用开漏输出、复用推挽输出:

STM32的GPIO设置举例

端口配置低寄存器(GPIOx_CRL) (x=A..E)

端口配置高寄存器(GPIOx_CRH) (x=A..E)

端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR) (x=A..E)

端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR）(x=A....E)

端口位设置/清除寄存器（GPIOx_BSRR）(x=A.....E)

端口位清除寄存器(GPIOx_BRR) (x=A..E)

配置GPIO令LED灯闪烁代码+注解 

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STM32GPIO端口位基本结构图：

图片描绘了STM32GPIO口内部的基本结构：左边寄存器  中间驱动器  右边I/O口引脚

结构图I/O引脚：

由于STM32芯片内部电路所能承受的电压有限，因此I/O引脚向里是两个保护二极管，他们的作用是：当有静电等瞬间电压波动进入I/O引脚时，若此波动电压大于3.3V（VDD），则上方的保护二极管导通，将电压引入电源，让电源网络吸收；若此波动电压小于0V（VSS），则下方的保护二极管导通。

GPIO输入输出总结

STMO2的GPIO的输入输出方式有以下8种:
(1) GPIO_Mode_AIN  模拟输入:
(2) GPIO_Mode_IN_FLOATING浮空输入:
(3) GPIO_Mode_IPD 下拉输入:
(4) GPIO_Mode_IPU  上拉输入:

(5) GPIO_Mode_Out_OD开漏输出:
(6) GPIO_Mode_Out_PP推挽输出:
(7) GPIO_Mode_AF_OD复用开漏输出:
(8) GPIO_Mode_AF_PP复用推挽输出。

1.GPIO引脚的四种输入方式及其特点：

1)上拉输入(GPIO_Mode_IPU)   

        上拉输入，就是信号进入芯片后被内部的一个上拉电阻上拉，再经过施密特触发器转换成0、1信号，因此，复位后该引脚电平为高电平。

2)下拉输入(GPIO_Mode_IPD)    

        下拉输入，就是信号进入芯片后被内部的一个下拉电阻下拉，再经过施密特触发器转换成0、1信号，因此，复位后该引脚电平为低电平。

3)模拟输入(GPIO_Mode_AIN)

        信号进入芯片后不经过上拉电阻或者下拉电阻，也不经过施密特触发器，经由另一线路把电压信号传送到片上相应的外设模块。    例如，通常是ADC模块，然后由ADC采集电压信号。因此，可以将这种方式理解为模拟输入的信号是未经处理的信号。

4)浮空输入(GPIO_Mode_IN_FLOATING)

        信号进入芯片内部后，既没有经过上拉电阻也没有经过下拉电阻，只经由施密特触发器输入。如果被配置成这个模式，用电压表测量其引脚电压为1伏左右，是个不确定值。

        由于其输入阻抗比较大，所以一般把这种模式用于标准的通信协议，如IIC、USART等。

2.GPIO引脚的四种输出方式及其特点：

1)推挽输出:

        可以输出高、低电平，连接数字器件。推挽结构一般是指P-MOS和N-MOS两个三极管分别受两个互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止，各负责正、负半周的波形放大任务。电路工作时，两个对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流(拉电流)。推挽输出既提高了电路负载能力，又提高了开关速度。推挽输出有一定的电压与电流驱动能力，可以直接驱动一些合适的原件工作。

        一般情况下：当我们控制I/O口输出高电平时，P-MOS激活，N-MOS关闭，VDD连接到I/O口引脚；当我们控制I/O口输出低电平时，N-MOS激活，P-MOS关闭，VSS连接到I/O口引脚

2)开漏输出:

        开漏模式下只有N-MOS工作  P-MOS一直处于断开状态

        输出端相当于三极管的集电极，因此要得到高电平状态需要外接上拉电阻才行。该方式适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对较强(可达到20mA)。开漏输出没有电流电压驱动能力，必须依靠外部的电压源来驱动，而且选用开漏输出必须选择能够5V容忍的I/O口

        例如，用该方式去驱动继电器。该方式的特点是:利用外部电路的驱动能力，减少IC内部的驱动，IC 内部仅需很小的栅极驱动电流:开漏可用来连接不同电平的器件，以实现电平匹配:提供灵活的输出方式，可以将多个开漏输出引脚并接到一条线上。通过一个上拉电阻，在不增加任何器件的情况下，形成“与逻辑”关系。这也IIC、SMBus 等总线判断总线占用状态的原理。

（如图所示：芯片定义图中有"FT"的都可以容忍5V电压）

3)复用开漏输出、复用推挽输出:

        可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况(即并非作为通用I/O口使用)，STM32的很多引脚是多功能复用的，所以对此必须要重视:
(1)复用开漏输出:片内外设功能，如TX1、MOSI、MISO、SCK、SS等。

(2)复用推挽输出:片内外设功能，如IIC的SCL、SDA等。

STM32的GPIO设置举例

在每个GPIO模块内，主要包含了寄存器和驱动器

寄存器：可以理解为特殊的存储器，内核可以通过APB2总线对寄存器进行读写，由此完成输出电平和读取电平的功能，and与此同时，寄存器的每一位对应一个引脚，由于STM32是32位单片机，因此STM32内部的寄存器都是32位的，但由于端口只有16位，所以这个寄存器只有低16位所对应的有端口，高16位没有用到

驱动器：增加驱动能力

 库函数使用的是读写位设置和位清除寄存器的方法

GPIO配置寄存器，每个端口的模式由4位进行配置（16个端口就需要64位）

端口配置低寄存器(GPIOx_CRL) (x=A..E)

端口配置高寄存器(GPIOx_CRH) (x=A..E)

端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR) (x=A..E)

低16位对应16个引脚，高16位没有用

端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR）(x=A....E)

低16位对应16个引脚，高16位没有用

端口位设置/清除寄存器（GPIOx_BSRR）(x=A.....E)

BRy: 清除端口x的位y (y = 0…15) (Port x Reset bit y)

BSy: 设置端口x的位y (y = 0…15) (Port x Set bit y)

如果想要对多个端口同时进行位设置和位清除——使用端口位设置/清除寄存器，可保证位设置和位清除的同步性

端口位清除寄存器(GPIOx_BRR) (x=A..E)

配置GPIO令LED灯闪烁代码+注解 

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"

int main(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟
															//使用各个外设前必须开启时钟，否则对外设的操作无效
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;					//定义结构体变量
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;		//GPIO模式，赋值为推挽输出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;				//GPIO引脚，赋值为第0号引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		//GPIO速度，赋值为50MHz
	
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将赋值后的构体变量传递给GPIO_Init函数
															//函数内部会自动根据结构体的参数配置相应寄存器
															//实现GPIOA的初始化
	
	/*主循环，循环体内的代码会一直循环执行*/
	while (1)
	{
		/*设置PA0引脚的高低电平，实现LED闪烁，下面展示3种方法*/
		
		/*方法1：GPIO_ResetBits——设置低电平，GPIO_SetBits——设置高电平*/
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);					//将PA0引脚设置为低电平
		Delay_ms(500);										//延时500ms
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);					//将PA0引脚设置为高电平
		Delay_ms(500);										//延时500ms
		
//		/*方法2：GPIO_WriteBit设置低/高电平，由Bit_RESET/Bit_SET指定*/
//		GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_RESET);		//将PA0引脚设置为低电平
//		Delay_ms(500);										//延时500ms
//		GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_SET);			//将PA0引脚设置为高电平
//		Delay_ms(500);										//延时500ms
//		
//		/*方法3：GPIO_WriteBit设置低/高电平，由数据0/1指定，数据需要强转为BitAction类型*/
//		GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, (BitAction)0);		//将PA0引脚设置为低电平
//		Delay_ms(500);										//延时500ms
//		GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, (BitAction)1);		//将PA0引脚设置为高电平
//		Delay_ms(500);										//延时500ms
	}
}

（代码来自江科大STM32教学视频）