STM32中GPIO的8种工作模式

zero99 · 2016-06-12T02:14:54+00:00

一、推挽输出 & ?4 Z) m) Z7 V! |0 P) }( G 可以输出高、低电平，连接数字器件；推挽结构一般是指两个三极管分别受两个互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源决定。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，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。" B; R5 u% T4 b% } 二、开漏输出 + s0 w) S8 q8 T0 ]7 g+ w 输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行。适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强（一般20mA以内）。开漏形式的电路有以下几个特点：1、利用外部电路的驱动能力，减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时，驱动电流是从外部的VCC流经上拉电阻、MOSFET到GND。IC内部仅需很小的栅极驱动电流； 2、一般来说，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。比如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等（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，所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。）； 3、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； 4、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；关于推挽输出和开漏输出，最后用一幅最简单的图形来概括：该图中左边的便是推挽输出模式，其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止，而上面NPN三极管导通，输出电平VS+；当比较器输出低电平时则恰恰相反，PNP三极管导通，输出和地相连，为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式，需要接上拉。 ; b( C9 b0 K- g R 0 G- T2 g5 i( r! ]/ h ' `' X6 O7 [; r$ J P j; G三、浮空输入 8 z/ [6 P' Q( Y( Y" j) H $ \9 b( j9 |4 M9 a' {' Q4 Y# r $ J% \( C( D4 V: S , p T* g/ ], c |! c* O对于浮空输入，一直没找到很权威的解释，只好从上图中去理解了。由于浮空输入一般多用于外部按键输入，结合图上的输入部分电路，我理解为浮空输入状态下，IO的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定，如果在该引脚悬空的情况下，读取该端口的电平是不确定的。 ! G( Q% @- \2 a3 Q3 \# N ; \( b- T* U; E" ]/ ~, Z9 R: v9 k& w& {四、上拉输入/下拉输入/模拟输入9 H( T, [6 \0 M, h 这几个概念很好理解，从字面便能轻易读懂。, i, K6 h+ l$ K) x 2 x2 T. D, ]0 q& A7 c' X 五、复用开漏输出、复用推挽输出 & m2 U- g8 H2 a: F, G' M4 n" z" U p* |可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用IO口使用）。, u7 q2 e! l0 }, L R8 |/ l# \. E1 ^ $ ] o- `8 y; o( f0 { c, f六、总结在STM32中选用IO模式 ; w) O" l$ B' Q+ [ 1、浮空输入GPIO_IN_FLOATING ——浮空输入，可以做KEY识别，RX1；) i5 a* n$ f: k& w; V, w 2、带上拉输入GPIO_IPU——IO内部上拉电阻输入； - E+ Z/ p w5 \. u: r( [3、带下拉输入GPIO_IPD—— IO内部下拉电阻输入； 8 N3 K! y; \1 j% ~% Y4、模拟输入GPIO_AIN ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电； : `$ H( B4 M* o# W i9 N5、开漏输出GPIO_OUT_OD ——IO输出0接GND，IO输出1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。当输出为1时，IO口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化，实现C51的IO双向功能；! l. j; q' P5 e4 B; B 6、推挽输出GPIO_OUT_PP ——IO输出0-接GND， IO输出1 -接VCC，读输入值是未知的； 2 B& n$ u) m: P& T8 q% a% A' C9 i* f k7、复用功能的推挽输出GPIO_AF_PP ——片内外设功能（I2C的SCL,SDA）； 7 Z# V: E/ \8 Z) p/ U8、复用功能的开漏输出GPIO_AF_OD——片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）。8 @* ~9 ^ x1 P; f) @ / d3 _6 X" G6 s! K0 I七、STM32设置实例0 _. ^* |( |1 ?! [ 1、模拟I2C使用开漏输出_OUT_OD，接上拉电阻，能够正确输出0和1；读值时先GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0)；拉高，然后可以读IO的值；使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0)； 6 h0 S q# J5 v5 S2、如果是无上拉电阻，IO默认是高电平；需要读取IO的值，可以使用带上拉输入_IPU和浮空输入_IN_FLOATING和开漏输出_OUT_OD。1 K7 S. v$ [+ m( r( s. ?& b! {# l 2 Z& b7 F! @: ] z' B+ b# V 八、通常有5种方式使用某个引脚功能，它们的配置方式如下： ) r/ E( e9 n% }; c7 P$ Y9 o; S' H1、作为普通GPIO输入：根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。& r7 k- {9 u2 y$ A, L 2、作为普通GPIO输出：根据需要配置该引脚为推挽输出或开漏输出，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。 * c0 Z! F4 N% K/ Y# @9 A2 l, R4 p3、作为普通模拟输入：配置该引脚为模拟输入模式，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。4 W2 S8 _( ]* Y( A0 i L; D( i 4、作为内置外设的输入：根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时使能该引脚对应的某个复用功能模块。 * B" Z- `% B$ m" Z5、作为内置外设的输出：根据需要配置该引脚为复用推挽输出或复用开漏输出，同时使能该引脚对应的所有复用功能模块。 q# a6 D0 |+ n+ s# J: {2 K ! u; ]7 T# p8 s6 d' r& y6 ] i 注意如果有多个复用功能模块对应同一个引脚，只能使能其中之一，其它模块保持非使能状态。比如要使用STM32F103VBT6的47、48脚的USART3功能，则需要配置47脚为复用推挽输出或复用开漏输出，配置48脚为某种输入模式，同时使能USART3并保持I2C2的非使能状态。如果要使用STM32F103VBT6的47脚作为TIM2_CH3，则需要对TIM2进行重映射，然后再按复用功能的方式配置对应引脚。（来自kevinhg的分享）) ^ O9 s; Y! c8 {' N/ a

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zero99 发布时间：2016-6-12 10:14

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一、推挽输出

可以输出高、低电平，连接数字器件；推挽结构一般是指两个三极管分别受两个互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源决定。

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，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

二、开漏输出

输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行。适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强（一般20mA以内）。开漏形式的电路有以下几个特点：

1、利用外部电路的驱动能力，减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时，驱动电流是从外部的VCC流经上拉电阻、MOSFET到GND。IC内部仅需很小的栅极驱动电流；

2、一般来说，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。比如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等（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，所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。）；

3、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；

4、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；

关于推挽输出和开漏输出，最后用一幅最简单的图形来概括：该图中左边的便是推挽输出模式，其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止，而上面NPN三极管导通，输出电平VS+；当比较器输出低电平时则恰恰相反，PNP三极管导通，输出和地相连，为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式，需要接上拉。

三、浮空输入

对于浮空输入，一直没找到很权威的解释，只好从上图中去理解了。由于浮空输入一般多用于外部按键输入，结合图上的输入部分电路，我理解为浮空输入状态下，IO的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定，如果在该引脚悬空的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

四、上拉输入/下拉输入/模拟输入
这几个概念很好理解，从字面便能轻易读懂。

五、复用开漏输出、复用推挽输出
可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用IO口使用）。

六、总结在STM32中选用IO模式
1、浮空输入GPIO_IN_FLOATING ——浮空输入，可以做KEY识别，RX1；
2、带上拉输入GPIO_IPU——IO内部上拉电阻输入；
3、带下拉输入GPIO_IPD—— IO内部下拉电阻输入；
4、模拟输入GPIO_AIN ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电；
5、开漏输出GPIO_OUT_OD ——IO输出0接GND，IO输出1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。当输出为1时，IO口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化，实现C51的IO双向功能；
6、推挽输出GPIO_OUT_PP ——IO输出0-接GND， IO输出1 -接VCC，读输入值是未知的；
7、复用功能的推挽输出GPIO_AF_PP ——片内外设功能（I2C的SCL,SDA）；
8、复用功能的开漏输出GPIO_AF_OD——片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）。

七、STM32设置实例
1、模拟I2C使用开漏输出_OUT_OD，接上拉电阻，能够正确输出0和1；读值时先GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0)；拉高，然后可以读IO的值；使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0)；
2、如果是无上拉电阻，IO默认是高电平；需要读取IO的值，可以使用带上拉输入_IPU和浮空输入_IN_FLOATING和开漏输出_OUT_OD。

八、通常有5种方式使用某个引脚功能，它们的配置方式如下：
1、作为普通GPIO输入：根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
2、作为普通GPIO输出：根据需要配置该引脚为推挽输出或开漏输出，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
3、作为普通模拟输入：配置该引脚为模拟输入模式，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
4、作为内置外设的输入：根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时使能该引脚对应的某个复用功能模块。
5、作为内置外设的输出：根据需要配置该引脚为复用推挽输出或复用开漏输出，同时使能该引脚对应的所有复用功能模块。

注意如果有多个复用功能模块对应同一个引脚，只能使能其中之一，其它模块保持非使能状态。比如要使用STM32F103VBT6的47、48脚的USART3功能，则需要配置47脚为复用推挽输出或复用开漏输出，配置48脚为某种输入模式，同时使能USART3并保持I2C2的非使能状态。如果要使用STM32F103VBT6的47脚作为TIM2_CH3，则需要对TIM2进行重映射，然后再按复用功能的方式配置对应引脚。（来自kevinhg的分享）