【经验分享】stm32f1的IO，推挽与开漏

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STMCU小助手发布时间：2021-11-29 22:20

技术帖
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文章简介:	stm32的引脚有两种用途：GPIO（general purpose io）和AFIO（alternate function io）

stm32的引脚有两种用途：GPIO（general purpose io）和AFIO（alternate function io）

对于一些引脚（视芯片而定），这两种用途都没有，如在64脚产品中，OSC_IN/OSC_OUT与作为GPIO端口的PD0/PD1共用一样的引脚，而在100、144引脚产品中，这四个功能各有引脚与之对应，不互相冲突，所以OSC_IN/OSC_OUT既不作GPIO也不作AFIO，当然，这样的引脚不是讨论重点。

1、引脚的配置

不论是作GPIO还是做AFIO，都要对引脚进行配置。在固件库函数中，用GPIO_Init()函数对引脚进行配置，并不是说这个函数带了“GPIO”字样就是要当做GPIO来用，而是把它纳入GPIO的范畴来讨论。

所谓配置，就是引脚上的片上资源连接方式，如上拉电阻、密特触发等等。理解了配置，也就能明白配置与模式的区别。

特别得，在下文中将会专门讨论一下输出配置中的推挽与开漏。

2、复用功能

复用功能有两种：没有重映像、重映像（包括部分重映像、完全重映像），使用引脚用作AFIO功能，同样需要对其进行配置。

这三句话来自参考手册，但我对第一句和注意有疑问，第三节讲。如果把端口配置成复用输出功能，则引脚和输出寄存器断开，并和片上外设的输出信号连接。输入配置则与GPIO没有区别。

为什么输出模式有专门的复用模式而输入则没有呢。因为输出是由芯片内部电路驱动的，必须选择这个驱动来自哪一个外设，是GPIO还是复用此管脚的其他外设，也就是选择该管脚在内部是与哪个外设相连的，不说明这个就会发生信号的错乱。而输入则不同了，输入信号是由芯片外的信号驱动的，虽然该信号进入芯片内部后可能有不同的去向，但不需要对此进行配置，因为不会发生信号的冲突，最坏的情况就是多驱动了个寄存器而已。事实上，当将引脚作为GPIO输入时，相应的AFIO外设是处在关闭的状态，并不会耗电；当引脚作为AFIO的输入时，可能GPIO是读不进来的，这是我猜的，没有验证，能不能读进来无所谓的，不必纠结于此。

若选择了复用，则默认是没有重映像的，可以直接使用外设，不需要再软件做设置。

但若要重映射，则需要简单设置一下，

先要配置重映射后对应的管脚，可参看参考手册或数据手册引脚定义章节，开AFIO时钟，使能重映射。例如重映射USART1，全部代码如下：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

/*对寄存器AFIO_EVCR,AFIO_MAPR和AFIO_EXTICRX进行读写操作前，即重映射和选择外部中断线前，应当首先打开AFIO的时钟*/

/* Configure USART1 Tx (PA.09) as alternate function push-pull */+ F$ o# o' X7 q
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;9 L! G- A* P, j3 S" O9 |
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
$ {. T. _3 N7 v! A; I2 ?6 G$ Y6 A
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; Z& B2 R; u9 C4 v' o3 q5 S2 Q( x
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);2 o5 n: L- P( r# `/ t4 T, _
. n4 D) h/ @; e6 E0 b/ z
/* Configure USART1 Rx (PA.10) as input floating *// M2 T3 U; c1 ?$ ]8 f
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;+ l9 R h. u' t5 b: S
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
4 Z8 ~ ]) M( d- K; I; v
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);- Z6 ^2 `% x, ~( b: ?4 e
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART1,ENABLE);

复制代码

这就完成了IO口的配置和重映射，下边再配置相关的外设（USART1）就可以使用了。

外部中断线也是可以映射的，并且需要开AFIO时钟，不用GPIO_PinRemap函数，用GPIO_EXTILineConfig重映射引脚到中断线。其实与其说是映射，不如说是选择，选择引脚连接到外部中断线。

重映射不是任意的，只能重映射到指定的管脚。

3、关于第二节讲到那个疑问，为甚么不能配置成模拟输入？模拟输入与浮空什么区别？

答案是可以配置成模拟输入，官方3.5版固件库例子和alientek例程都是将ADC输入引脚配置成GPIO_Mode_AIN

那么配置成浮空行么，还能ADC么？

//例程
# y6 S% m5 c& j) e
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
6 N, Y: o# p# f: E$ F0 Z- |
//修改
: E% E' M$ w2 v
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

复制代码

实验证明，这两种配置都能实现ADC。那么USART的Tx应配置成GPIO_Mode_IN_FLOATING，如果配置成GPIO_Mode_AIN，还能接受数据么？金牛板实验结果是不能，ST不我欺也。总之：

可以将引脚配置成模拟输入，使用相应的复用功能；

浮空与模拟这两种配置是不同的。

关于第二节里那个“注意“，我也不知道是什么意思。我猜测是这样的：打开某外设，这个外设将某引脚当做输入，我们偏偏把这个引脚配置为GPIO输出，这样可以操作GPIO来”欺骗“这个外设，这种用法应该是很微妙的。

4、推挽与开漏

不仅仅stm32有这种配置，实际上，这两种已经广泛应用在很多场合。

推挽，又叫做推拉，是个很形象的名字，一般是指两个三极管（MOS管）分别受两互补信号（或者一个信号，但是用互补对管）的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止，这样的电路被称为推挽式（互补式）：

这种电路在放大中通常被用作输出级，在STM32中，推挽配置就是这种，如图：

在相应位置1时，P-MOS导，通N-MOS截止，输出电压为VDD；在相应位置0时，N-MOS导通，P-MOS截止，输出电压为VSS，这就是所谓的推挽。是比较简单的。

而所谓的开漏（对三极管而言是开集，一样的原理），则要巧妙一些。所谓开漏电路概念中提到的“漏”就是指MOS FET的漏极。同理，开集电路中的“集”就是指三极管的集电极。开漏电路就是指以MOS FET的漏极为输出的电路。一般的用法是会在漏极外部的电路添加上拉电阻。完整的开漏电路应该由开漏器件和开漏上拉电阻组成。

对于stm32，开漏就是失能了P-MOS，这样，当相应位置1时，引脚实际上是处在了浮空的状态，而通过外接的上拉电阻，将其拉高。

这么做有如下的好处：

1、可以将多个开漏输出的引脚，连接到一条线上。形成“与逻辑”关系。当多个引脚任意一个变低后，开漏线上的逻辑就为0了。这也是I2C，SMBus等总线判断总线占用状态的原理。
2、可以利用改变上拉电源的电压，改变传输电平。这样我们就可以用低电平逻辑控制输出高电平逻辑了。想想当初认为stm32输出3.3v电压带不动IRF540，就直接断定要重新选型，是错误的想法，只要将推挽输出变为开漏，再加上上拉到5v的电阻，就能解决这个问题。

顺便一提，上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度。阻值越大，速度越低功耗越小。反之亦然。