一. GPIO (General Purpose I/O Port) 统称为通用输入/输出端口。 一个完整的GPIO组由16个引脚构成,每个GPIO引脚都可以通过软件配置为 输出 ,输入,复用的外设功能" W) o4 J1 i+ I0 z' S/ s 并且所有的I/O都可以配置为外部中断的输入端。 : a' B: T$ [/ |! D" B* T GPIO——输出状态下,可以配置成带有上拉或下拉的推挽输出或开漏输出。! T ]1 a2 S, S GPIO——输入状态下,可以配置成浮空,上拉,下拉,或模拟输入。8 F8 `( O+ C9 [ 5 t/ U. t2 ~1 T$ U7 v/ a 系统复位后所有的GPIO端口被配置成浮空输入模式,- }6 }9 y7 P6 U* M! P" b3 V: z 特殊的是由于调试的0 k7 i+ D4 g( }& f1 A) N4 u. V! o; T PA13 (SWDAT)引脚置于上拉模式。 PA14 (SWCLK)引脚置于下拉模式。 & J3 P6 _5 n' v0 X 二. GPIO的基本结构 保护二极管,上下拉电阻9 U# j6 Q, {" t& |" V8 [ 引脚的两个二极管可以防止引脚外部过高或过低的电压输入,( k- H6 n2 b0 _2 ]) P7 x$ b# `' K 当引脚的电压输入高于VDD时,上方的二极管导通。 当引脚的电压输入低于VSS时,下方的二极管导通。9 k6 O* ~7 c! m ) Y6 Z Z* P" H6 l 1. 输入配置9 m# L: I- a: v) B0 O GPIO端口配置为输入模式时,端口的输出缓冲区禁止,输入端连接的TTL施密特触发器激活,GPIOx_PUPDR寄存器可以配置成上拉、下拉电阻。 ( ^% z9 y1 [2 d Q# j TTL施密特触发器:. b; x6 q; p4 w 当输入电压高于正向阈值电压,输出为高;当输入电压低于负向阈值电压,输出为低;当输入在正负向阈值电压之间,输出不改变。 能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形。5 I0 K3 d# _) L* Z Z# D 在此处的作用就是将模拟信号转化为0,1的数字信号,然后储存在 输入数据寄存器中。7 Q0 X1 L* u. b8 Q* a3 {) ` 7 E; u9 ^, J2 q2 R& b 在每个AHB时钟周期,引脚上的数据都会被锁存至输入数据寄存器,CPU通过对输入数据寄存器的访问可以获取I/O口的实际状态。% L; ^9 s" y; m0 h- T) V9 S1 P ; ^# S9 a/ i4 c; L9 F/ z 2.输出配置 GPIO端口配置为输出模式时,输出缓冲器开启。2 A' L4 s/ s; O4 `. a5 ]; O" E G7 A 如果GPIO工作在开漏模式,- ?+ ]' Y3 L6 E 输出数据寄存器上的数字“0“将激活N-MOS,端口输出低电平, 输出数据寄存器上的数字“1“则不会激活P-MOS,也就是N-MOS 和 P-MOS 都处于关闭状态,端口处于高阻状态。9 a/ H" l6 ?* f7 t 如果GPIO工作在推挽模式,输出数据寄存器上的数字“0“将激活N-MOS,端口输出低电平,输出数据寄存器上的数字“1“将激活P-MOS,端口处于高电平。. A3 r; N& ]6 o( m 当引脚高低电平切换时,两个 MOS管轮流导通,P负责管电流,N负责拉电流,使其负载能力和开关速度比普通方式有了很大的提高。推挽输出的低电平为0v,高电平为3.3v。 t ?, u+ X8 ~) p4 o' f 同时,在GPIO配置为输出时,施密特触发器输入也会激活,弱上拉,弱下拉电阻是否激活取决于GPIOx_PUPDR寄存器的值。也就是此时对输入数据寄存器的读操作同样可以获取I/O口的真实状况。 ; @2 a q$ [, N2 q $ H( ?2 E1 A- ~) Y 3. 复用功能配置! N8 L5 p7 h1 S8 |4 I7 Y 绝大多数GPIO端口与外设输入输出共同使用引脚。0 i* M F8 w$ w6 d; v 当端口被配置为复用功能时,来自外设的信号会驱动输出缓冲器,此时输出数据寄存器将无法驱动输出缓冲器,也就是说,端口的状态完全有外设信号来决定。. d) G9 O* m/ r4 w2 k( q) I( X$ | 同时,施密特触发器输入也会激活,弱上拉,弱下拉电阻是否激活取决于GPIOx_PUPDR寄存器的值,此时对输入数据寄存器的读操作同样可以获取I/O口的真实状况。# k+ E$ d& J5 I2 O! E , t8 S0 f/ v ~ $ P# ?5 S/ D- |7 N0 ^, [: S 4. 模拟配置- b. W+ m5 W& i8 g7 Z6 E$ j1 l 当端口被配置为模拟输入时,例如作为ADC模块的输入时,输出缓冲器关闭,施密特触发器关闭,上下拉电阻被禁止。此时输入的电流电压完全是外部的真实电流电压。# d! K1 g" s# ^9 }* b; D) @ ' {( i6 d% U" G8 H/ ~1 ? 三. GPIO的特殊功能 GPIO除了可以配置输入,输出和复用功能外,还具有一些较为特殊的功能,比如可以单独对某一位进行置位/复位操作, 端口锁定操作,或将端口的复用功能重映射到其他引脚上等。! G% I4 S& r) d+ k2 Q( X( v 1. 位操作8 V6 q% o# g1 D7 N GPIO端口通过置位/复位寄存器 GPIOx_BSRR,可以对端口输出数据寄存器的每个位进行置位和复位操作。 置位/复位寄存器 GPIOx_BSRR是一个32位寄存器,而端口输出数据寄存器GPIOx_ODR是16位的,相对于GPIOx_ODR寄存器中的每一位,GPIOx_BSRR寄存器中有两位与之对应,即 BSx和BRx。/ w- i3 Z6 m. M- q- { 对BSx位写1时会将相应的ODRx位置位,对BRx位写1时会将相应的ODRx位复位, 对GPIOx_BSRR的任意位写0时,都不影响GPIOx_ODR的值。& N! B/ R3 m* A: I: C y$ \ 如果对GPIOx_BSRR寄存器的BSx和BRx同时写1,那么置位操作具有优先权。 2.端口锁定0 N8 o4 _" a, A J. B& K3 y1 Z4 y 端口配置锁定寄存器(GPIOx_LCKR)用于冻结端口的控制寄存器。 当一个特定的写/读序列作用于GPIOx_LCKR寄存器时,相应端口的控制寄存器将会冻结,直到复位才有效。 $ T4 [) ~% Y$ M2 Q0 K: f 3. 端口复用功能映射。' e1 R, f! `2 B7 g7 n4 Q! [ STM32F系列微控制器的大部分GPIO端口会与多个外设共用,选择每个端口的有效复用功能可以通过GPIOx_AFR寄存器来实现。通过对GPIOx_AFR寄存器的AFRLx[3:0] 为赋值,可以选择该端口所连接的外设,也可以根据需要将某一外设复用功能映射到其他引脚。 四,GPIO寄存器分类。 1. I/O端口控制寄存器 每个GPIO端口都有4个32为控制寄存器,; @& c) @ a `8 L2 P- \2 L6 b/ s GPIOx_MODER: 选择I/O模式,如输入,输出,复用或模拟等。 GPIOx_OTYPER: 选择输出类型,如推挽,开漏等。/ j, k; Z) Y8 o( D+ F4 S& a' g GPIOx_OSPEEDR: 设定I/O口的速度。 GPIOx_PUPDR: 选择I/O口上拉,下拉方式。! i6 X) a* o1 b* { 7 l- u1 e: Q3 r. Y. W 2. I/O端口数据寄存器 每个GPIO口有2个16位数据寄存器和一个32位置位/复位寄存器 输入数据寄存器 GPIOx_IDR : 存放I/O口锁存的输入数据,只读寄存器。$ ]. f7 E) X$ e6 P; \: y3 n 输出数据寄存器 GPIOx_ODR: 存储输出数据,配置输出I/O, 可读可写。 置位/复位寄存器 GPIOx_BSRR: 用于对端口的某一位进行单独的操作。 $ n3 v% Q" E8 b3 x9 |; N 3. I/O端口锁定及复用功能寄存器 32位端口配置锁存寄存器GPIOx_LCKR: 用于锁定I/O口配置,防止被微控制器在运行过程中更改。" M/ p+ r1 A* b- h* B 2个32位复用功能寄存器GPIOx_AFRH, GPIOx_AFRL: 用于端口复用功能配置。$ p4 C9 T* G: T2 ~! C/ R |