STM32學(xué)習(xí)筆記之GPIO口的使用

一、GPIO口簡(jiǎn)介

1、 GPIO口輸入輸出模式

1.1 一般來(lái)說(shuō)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(shí)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(kāi)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(shí)現(xiàn)輸出高電平。

當(dāng)輸出為1時(shí)，IO口的狀態(tài)由上拉電阻拉高電平，但由于是開(kāi)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?。可以讀IO輸入電平變化，實(shí)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(kāi)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(shí)用的最多的也就是推挽輸出、開(kāi)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(gè)三極管分別受兩互補(bǔ)信號(hào)的控制，總是在一個(gè)三極管導(dǎo)通的時(shí)候另一個(gè)截止。高低電平由IC的電源低定。

推挽電路是兩個(gè)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(shí)，兩只對(duì)稱(chēng)的功率開(kāi)關(guān)管每次只有一個(gè)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(jí)既提高電路的負(fù)載能力，又提高開(kāi)關(guān)速度。

2.2開(kāi)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(dòng)，其吸收電流的能力相對(duì)強(qiáng)(一般20mA以?xún)?nèi))

開(kāi)漏形式的電路有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

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

2、一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)漏是用來(lái)連接不同電平的器件，匹配電平用的，因?yàn)殚_(kāi)漏引腳不連接外部的上拉電阻時(shí)，只能輸出低電平，如果需要同時(shí)具備輸出高電平的功能，則需要接上拉電阻，很好的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)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(diǎn)，就是帶來(lái)上升沿的延時(shí)。因?yàn)樯仙厥峭ㄟ^(guò)外接上拉無(wú)源電阻對(duì)負(fù)載充電，所以當(dāng)電阻選擇小時(shí)延時(shí)就小，但功耗大；反之延時(shí)大功耗小。所以如果對(duì)延時(shí)有要求，則建議用下降沿輸出。

4、可以將多個(gè)開(kāi)漏輸出的Pin，連接到一條線(xiàn)上。通過(guò)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(xiàn)判斷總線(xiàn)占用狀態(tài)的原理。

補(bǔ)充：什么是“線(xiàn)與”？：

在一個(gè)結(jié)點(diǎn)(線(xiàn))上， 連接一個(gè)上拉電阻到電源 VCC 或 VDD 和 n 個(gè) 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(xiàn)上， 只要有一個(gè)晶體管飽和，這個(gè)結(jié)點(diǎn)(線(xiàn))就被拉到地線(xiàn)電平上。 因?yàn)檫@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(huì)飽和，所以這些基極或柵極對(duì)這個(gè)結(jié)點(diǎn)(線(xiàn))的關(guān)系是或非 NOR 邏輯。 如果這個(gè)結(jié)點(diǎn)后面加一個(gè)反相器， 就是或 OR 邏輯。

其實(shí)可以簡(jiǎn)單的理解為：在所有引腳連在一起時(shí)，外接一上拉電阻，如果有一個(gè)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(xiàn)短路”，所以外電路邏輯電平便為0，只有都為高電平時(shí)，與的結(jié)果才為邏輯1。

2.3浮空輸入 ：對(duì)于浮空輸入，一直沒(méi)找到很權(quán)威的解釋?zhuān)缓脧囊韵聢D中去理解了。

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

2.5 復(fù)用開(kāi)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(shí)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(shí)不要使能該引腳對(duì)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(kāi)漏輸出，同時(shí)不要使能該引腳對(duì)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(shí)不要使能該引腳對(duì)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(shí)使能該引腳對(duì)應(yīng)的某個(gè)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(kāi)漏輸出，同時(shí)使能該引腳對(duì)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(gè)速度是指I/O口驅(qū)動(dòng)電路的響應(yīng)速度而不是輸出信號(hào)的速度，輸出信號(hào)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(gè)響應(yīng)速度不同的輸出驅(qū)動(dòng)電路，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路）。通過(guò)選擇速度來(lái)選擇不同的輸出驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路，噪聲也高，當(dāng)不需要高的輸出頻率時(shí)，請(qǐng)選用低頻驅(qū)動(dòng)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(hào)，但卻選用了較低頻率的驅(qū)動(dòng)模塊，很可能會(huì)得到失真的輸出信號(hào)。關(guān)鍵是GPIO的引腳速度跟應(yīng)用匹配。

2.1對(duì)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(duì)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(shí)可以選用10M的GPIO引腳速度。

2.3 對(duì)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(shí)鐘 ②配置模式設(shè)置（8種模式）

 STM32的GPIO的時(shí)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(shí)鐘使能。

如打開(kāi)PORTA時(shí)鐘 RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能PORTA時(shí)鐘

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

4、GPIO配置寄存器

GPIO口配置是通過(guò)配置寄存器來(lái)進(jìn)行的，每個(gè)GPIO 端口有：

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

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

一個(gè)32位置位/復(fù)位寄存器(GPIOx_BSRR)。

一個(gè)16位復(fù)位寄存器(GPIOx_BRR)。

一個(gè)32位鎖定寄存器(GPIOx_LCKR)。

常用的IO端口寄存器只有四個(gè)：CRH，CRL，IDR，ODR。

數(shù)據(jù)手冊(cè)中列出的每個(gè)I/O端口的特定硬件特征。 GPIO端口的每個(gè)位可以由軟件分別配置成多種模式。每個(gè)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(fǎng)問(wèn)(不允許半字或字節(jié)訪(fǎng)問(wèn))。另外，STM32的每個(gè)端口使用前都要將其時(shí)鐘使能，STM32的GPIO的時(shí)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(shí)鐘使能，當(dāng)外設(shè)時(shí)鐘沒(méi)有啟用時(shí)，程序不能讀出外設(shè)寄存器的數(shù)值，如打開(kāi)PORTA時(shí)鐘： RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能PORTA時(shí)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(dòng)LED、可以產(chǎn)生PWM、可以驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單。端口配置好以后只需GPIO_SetBits(GPIOx， GPIO_Pin_x)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(kāi)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(guò)軟件配置相應(yīng)的寄存器來(lái)完成。這時(shí)，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(gè)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(jiàn)《STM32F10X中文手冊(cè)》

三、GPIO輸出實(shí)驗(yàn)

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

4個(gè)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)；

}