15.1 初学者重要提示 学习本章节务必要认真学习并掌握15.3小节GPIO功能模式分析,学好它们,对后续章节中外设的学习大有裨益。3 H% U& ]/ @3 D0 f: N 对于不使用的引脚,推荐设置为模拟模式,悬空即可。; k* S6 B% {4 `& |8 e$ D6 u4 s$ R0 M GPIO的速度等级高的时候,最好使能IO补偿单元。 15.2 GPIO功能简介 STM32H7的GPIO特性如下: 输出状态:开漏/推挽 + 上拉/下拉电阻。1 z0 j f/ y2 E, o9 h9 ^ 通过输出数据寄存器(GPIOx_ODR)或者外设(GPIO设置为复用模式时)输出数据。 GPIO速度等级设置。# U2 R& b( h6 d3 K 输入状态:浮空,上拉/下拉,模拟。+ m" i- C( k* A 通过输入数据寄存器(GPIOx_IDR)或者外设(GPIO设置为复用模式)输入数据。 通过寄存器GPIOx_BSRR实现对寄存器GPIOx_ODR的位操作。 通过配置寄存器GPIOx_LCKR的锁机制,实现冻结IO口配置。% f# J# V) F* x8 D" T# u! l0 M 每两个时钟周期就可以翻转一次IO。 高度灵活的引脚复用功能,允许IO引脚既可以做GPIO也可以做功能复用。" z; U- `9 T, g2 ^8 _ 15.3 GPIO功能模式分析(重要)7 K8 K( ^3 I" o {5 W STM32H7的GPIO端口可以配置为如下的8种模式:% M5 }5 X7 h2 D+ {7 G% J 输入浮空 输入上拉 输入下拉 模拟功能 具有上拉或下拉功能的开漏输出 具有上拉或下拉功能的推挽输出' G3 ^+ M3 E7 R" q 具有上拉或下拉功能的复用功能推挽& v4 r0 ^/ Z+ M R, s 具有上拉或下拉功能的复用功能开漏1 N- [6 s- R4 V I" y * T' x2 d/ Y$ q3 m- Q& O* V4 F, X 由于上拉和下拉是可选配置,对应的HAL库配置使用下面6种就可以表示: GPIO_MODE_INPUT 输入模式 GPIO_MODE_OUTPUT_PP 推挽输出8 R3 _9 l( @/ i* y1 A GPIO_MODE_OUTPUT_OD 开漏输出 GPIO_MODE_AF_PP 复用推挽" W2 E9 }7 C5 Y; T GPIO_MODE_AF_OD 复用开漏 GPIO_MODE_ANALOG 模拟模式 15.3.1 推挽输出 0 J) G% @- y! j: W# f+ s9 P 推挽电路是两个参数相同的三极管或 MOSFET,以推挽方式存在于电路中。 电路工作时,两只对称的开关管每次只有一个导通,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。推拉式输出级提高电路的负载能力。 相对于开漏输出模式,推挽输出最大优势是输出高电平时,上升时间快,电压驱动能力强。 # E. Q+ s( {, } 15.3.2 开漏输出9 `/ o8 s: u/ D! u0 U 6 K0 d, y7 ~, c @( V$ ? 开漏端相当于 MOS 管的漏极(三极管的集电极),要得到高电平状态必须外接上拉电阻才行,因此输出高电平的驱动能力完全由外接上拉电阻决定,但是其输出低电平的驱动能力很强。开漏形式的电路有以下几个特点:+ ] Z. Q1 P- m- Z# h7 l 输出高电平时利用外部电路的驱动能力,减少 IC 内部的驱动。 开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的,因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时,只能输出低电平。如果需要同时具备输出高电平的功能,则需要接上拉电阻,很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压,便可以改变传输电平。上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的速度。阻值越大,速度越低,功耗越小。$ C4 h7 E; ?" C; d7 ] 开漏输出提供了灵活的输出方式,但是也有其弱点,就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电,所以当电阻选择小时延时就小,但功耗大;反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求,则建议用下降沿输出。 可以将多个开漏输出连接到一条线上。通过一只上拉电阻,在不增加任何器件的情况下,形成“与逻辑”关系,即“线与”。可以简单的理解为:在所有引脚连在一起时,外接一上拉电阻,如果有一个引脚输出为逻辑 0,相当于接地,与之并联的回路“相当于被一根导线短路”,所以外电路逻辑电平便为 0,只有都为高电平时,与的结果才为逻辑 1。 0 ~$ T2 S: |4 @ 15.3.3 复用推挽和开漏 复用指的是GPIO切换到CPU内部设备(比如SPI,I2C,UART等电路),也就是GPIO不是作为普通IO使用,是由内部设备直接驱动。推挽和开漏的特征同上。- q! t/ R( c! Z0 t 15.3.4 四种输入模式* @, [7 X$ N5 u" i3 B) V6 N 通过上面的引脚结构图可以得到如下三种方式 浮空输入:CPU内部的上拉电阻、下拉电阻均断开的输入模式。2 U+ F3 q& P3 a# W- ~ 下拉输入:CPU内部的下拉电阻使能、上拉电阻断开的输入模式。7 t7 b8 Z6 \0 P! r) ]) o7 r2 d 上拉输入:CPU内部的上拉电阻使能、下拉电阻断开的输入模式。 " ~2 |5 `; N9 ~+ O7 ]" t 而模拟输入模式是GPIO引脚连接内部ADC。. B( w& l: Y# x# n: E, _2 H ; p& M# F7 s4 U* J& W5 r 15.4 GPIO的拉电流负载和灌电流负载能力 这里先普及点小知识,什么是拉电流负载,什么是灌电流负载。% V$ U5 G& ^. b * A V3 R" p, K' @& z' Y2 r" @ 拉电流负载:一种负载电流从驱动门流向外电路,称为拉电流负载。比如使用STM32H7的GPIO直接驱动LED就是拉电流形式。, N7 d2 G& W+ B9 @: q ' `! G0 J0 n1 M# ?' t+ W 灌电流负载:负载电流从外电路流入驱动门,称为灌电流负载。比如下面这种形式的LED驱动电路 有了上面这些知识后再来看STM32H7的IO驱动能力(截图来自STM32H7参考手册): 6 E2 ~! }! u- t! X8 K/ q 5 e7 `5 C3 Q) t- r 通过上面的截图可知:STM32H7总的拉电流和灌电流不可超过140mA,单个引脚最大不可超过20mA,这个知识点,大家要知道。 9 K9 M' G1 V; y$ l( d' \ 15.5 IO补偿单元,用于高速! R- s) J4 u5 Q! ]! Q8 j IO补偿单元用于控制I/O通信压摆率(tfall / trise)以此来降低I/O噪声。当前STM32H7的速度等级可以配置为以下四种:
使用后两种速度等级的话,最好使能IO补偿单元。 15.6 GPIO兼容CMOS和TTL电平2 H$ F2 E& N; U* b: q/ v CMOS和TTL电平兼容问题也是一个比较重要的知识点,关于这方面的知识已经在论坛进行了总结 15.7 不使用的引脚推荐设置为模拟模式# A; J6 u* l! U* l5 E9 q) c 主要从功耗和防干扰考虑。 j& a( I9 I8 i6 Y6 R2 S ; a* J0 U* X, o0 g N) o0 f 所有用作带上拉电阻输入的 I/O都会在引脚外部保持为低时产生电流消耗。此电流消耗的值可通过使用的静态特性中给出的上拉 / 下拉电阻值简单算出。/ H8 }( O, {2 t x 对于输出引脚,还必须考虑任何外部下拉电阻或外部负载以估计电流消耗。- ~! F C! r t" S. q8 x, }8 I" J 若外部施加了中间电平,则额外的 I/O 电流消耗是因为配置为输入的 I/O。此电流消耗是由用于区分输入值的输入施密特触发器电路导致。除非应用需要此特定配置,否则可通过将这些I/O 配置为模拟模式以避免此供电电流消耗。 ADC 输入引脚应配置为模拟输入就是这种情况。+ R! Y7 F- r9 q8 I; |: V; ^ 任何浮空的输入引脚都可能由于外部电磁噪声,成为中间电平或意外切换。为防止浮空引脚相关的电流消耗,它们必须配置为模拟模式,或内部强制为确定的数字值。这可通过使用上拉 / 下拉电阻或将引脚配置为输出模式做到。- }" S, ^/ A B/ r- D- h6 C6 f 6 X& a0 G* e" q6 Z/ [ P E2 B ' o5 s L. ?% f! \& n 综上考虑,不使用的引脚设置为模拟模式,悬空即可。 15.8 总结 本章节就为大家讲解这么多,其中GPIO功能模式小节(本章15.3)最重要,大家务必要掌握。 ( m8 |0 S/ G9 h# n2 ]0 ` / @- b" L* f. @: O v ! q+ G6 Y( ]( N2 S1 S& X |
Stm32H7XX GCC下分散加载实现
【银杏科技ARM+FPGA双核心应用】STM32H7系列10——ADC
DIY-STM32H750核心板
[nucleo-H7A3ZI-Q]1-点亮一个皮皮灯
DIY-STM32H743核心板
【银杏科技ARM+FPGA双核心应用】STM32H7系列57——MDK_FLM
1月10日有奖直播 | 基于STM32 的CODESYS智能自动化解决方案
STM32的CAN FD位定时设置注意事项
用 STM32CUBEMX 生成 STM32H735 LWIP PING 不成功
基于STM32H7 EXTI + SPI +DMA 双缓冲应用经验分享