STM32的IO口輸入輸出模式的理解

最近在看數(shù)據(jù)手冊(cè)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)在Cortex-M3里，對(duì)于GPIO的配置種類有8種之多：

(1)GPIO_Mode_AIN 模擬輸入

(2)GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空輸入

(3)GPIO_Mode_IPD 下拉輸入

(4)GPIO_Mode_IPU 上拉輸入

(5)GPIO_Mode_Out_OD 開漏輸出

(6)GPIO_Mode_Out_PP 推挽輸出

(7)GPIO_Mode_AF_OD 復(fù)用開漏輸出

(8)GPIO_Mode_AF_PP 復(fù)用推挽輸出

一、推挽輸出：可以輸出高、，連接數(shù)字器件;推挽結(jié)構(gòu)一般是指兩個(gè)分別受兩個(gè)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的電源決定。

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)稱的功率開關(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，又提高開關(guān)速度。

二、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以內(nèi))。開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IC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)上拉電阻、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)，開漏是用來(lái)連接不同電平的器件，匹配電平用的，因?yàn)殚_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)換的速度。阻值越大，速度越越小，所以負(fù)載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。)

3、開漏輸出提供了輸出方式，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)開漏輸出連接到一條線上。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，即“線與”?？梢院?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。

關(guān)于推挽輸出和開漏輸出，最后用一幅最簡(jiǎn)單的圖形來(lái)概括：該圖中左邊的便是推挽輸出模式，其中輸出高電平時(shí)下面的PNP三極管截止，而上面NPN三極管導(dǎo)通，輸出電平VS+;當(dāng)比較器輸出低電平時(shí)則恰恰相反，PNP三極管導(dǎo)通，輸出和地相連，為低電平。右邊的則可以理解為開漏輸出形式，需要接上拉。

三、浮空輸入：對(duì)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

由于浮空輸入一般多用于外部按鍵輸入，結(jié)合圖上的輸入部分電路，我理解為浮空輸入狀態(tài)下，IO的電平狀態(tài)是的，完全由外部輸入決定，如果在該引腳懸空的情況下，讀取該端口的電平是不確定的。

四、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。

五、復(fù)用開漏輸出、復(fù)用推挽輸出：可以理解為GP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)

六、總結(jié)在中選用IO模式

1、浮空輸入GPIO_IN_FLOATING ——浮空輸入，可以做KEY識(shí)別，RX1

2、帶上拉輸入GPIO_IPU——IO內(nèi)部上拉電阻輸入

3、帶下拉輸入GPIO_IPD—— IO內(nèi)部下拉電阻輸入

4、模擬輸入GPIO_AIN ——應(yīng)用ADC模擬輸入，或者低功耗下省電

5、開漏輸出GPIO_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(shí)現(xiàn)C51的IO雙向功能

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

7、復(fù)用功能的推挽輸出GPIO_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GPIO_AF_OD——片內(nèi)外設(shè)功能(TX1,MOSI,MISO.SCK.SS)

七、STM32設(shè)置實(shí)例：

1、模擬I2C使用開漏輸出_OUT_OD，接上拉電阻，能夠正確輸出0和1;讀值時(shí)先GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);拉高，然后可以讀IO的值;使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0);

2、如果是無(wú)上拉電阻，IO默認(rèn)是高電平;需要讀取IO的值，可以使用帶上拉輸入_IPU和浮空輸入_IN_FLOATING和開漏輸出_OUT_OD;

八、通常有5種方式使用某個(gè)引腳功能，它們的配置方式如下：

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。

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(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。

注意如果有多個(gè)復(fù)用功能模塊對(duì)應(yīng)同一個(gè)引腳，只能使能其中之一，其它模塊保持非使能狀態(tài)。比如要使用STM32F103VBT6的47、48腳的USART3功能，則需要配置47腳為復(fù)用推挽輸出或復(fù)用開漏輸出，配置48腳為某種輸入模式，同時(shí)使能USART3并保持I2C2的非使能狀態(tài)。如果要使用STM32F103VBT6的47腳作為TIM2_CH3，則需要對(duì)TIM2進(jìn)行重映射，然后再按復(fù)用功能的方式配置對(duì)應(yīng)引腳。