下文将根据STM32F207参考手的中GPIO框图讲解GPIO功能。

! b- i! N& t; v
0 L9 c! j/ v  X& `( U! M0 J+ t
7 k$ ~3 C% c, o4 M7 Z8 B# B01  I/O接口电路

带FT的是说明可以容忍5V电压的，I/O电路框图

9 }7 s+ H. k2 @) @+ ~$ n

1.1、普通输入

普通输入模式下，上拉和下拉电阻（微弱）的存在，共分3种模式

) I9 v8 p& z. B$ ^+ I

• 浮空输入，不使能上拉电阻，不使能下拉电阻
• 上拉输入，使能上拉电阻
• 下拉输入，使能下拉电阻
  
  # y$ E$ p" C9 v8 k! y. U' L& V/ K# ?
  5 M( X- c4 j9 F7 N6 |/ L, G% c2 S" M

从上面框图得知，输出缓存是被禁止的

1.2、普通输出

普通输入模式下，上拉和下拉电阻（微弱）的存在。主要是由于P-MOS和N-MOS的存在分为下列两种模式

• 开漏模式：输出寄存器是 0 时，激活 N-MOS， 而输出寄存器是 1 时，端口保持高阻态(P-MOS 不会被使能)
• 推挽输出： 输出寄存器是 0 时，激活 N-MOS， 而输出寄存器是 1 时，激活 P-MOS
  
  ! b9 V+ O; v, {6 o* l
  . Z. L9 m& t8 K( J+ n

从上面的框图得知，

4 A- b6 o6 ]$ g  O# I# U# `/ h0 j

1、在普通输出模式中，TTL施密特触发器是打开的，所以读输入数据寄存器，可以得到 I/O 的状态。

2、驱动GPIO输出，我们可以采用输出寄存器也可以使用位段

* C$ s" Y6 z8 Z- Y% A5 m( }$ y) t

1.3、模拟输入

模拟输入上拉电阻和下拉电阻是没有用的

高阻态下模拟输入

3 y3 _- s3 K" r7 U) ~

从上面框图得知

% ^- P' P4 e. B4 T

• 弱上拉和下拉电阻禁止
• 施密特触发器停用，施密特触发器输出值强制为0
• 输出缓存被禁止
• 读输入数据期存器， 读到的值为0
  
  
  

注意：IO配置成模拟输入时，不能容忍5V电压

- H/ t  f( d$ B1 f  {1 [( A

1.4、复用输出

复用输出框图

从上图框图中可以得到5条信息

• 输出缓存被来自外设的信号驱动(发送数据器使能和数据)，也即是位设置/清除寄存器和输出数据寄存器在这里是无用的
• 由于P-MOS和N-MOS使能，仍然可以配置成推挽输出和开漏输出
• 上拉电阻和下拉电阻使能，可以进行配置
• TTL施密特触发器使能
• 可以通过读输入数据寄存器， 可以得到 I/O 的状态
  
  3 j7 g  T' Z) d5 z+ a( T
  

& L# N! `/ D" _: ~" [2 G02 管脚复用和重映射

管脚复用和重映射(其实是一回事)，STMF10X系列叫重映射，STMF20X系列叫管脚复用，也就是复用功能

2.1、STMF10X系列

STM32上有很多I/O口，也有很多的内置外设想I2C,ADC,ISP,USART等，为了节省引出管脚，这些内置外设基本上是与I/O口共用管脚的，也就是I/O管脚的复用功能。但是STM32还有一特别之处就是：很多复用内置的外设的I/O引脚可以通过重映射功能，从不同的I/O管脚引出，即复用功能的引脚是可通过程序改变的。

& ~% {  j) s. g

' ~  D8 }7 ^" T7 R0 C/ }8 J

三个红框交汇处.STM32F103VCT6这个CPU的USART1接的是PB6/PB7但是上电初始化后默认功能并非是USART1.所以想要用串口功能.必须用端口重映射。

STM32的单片机每个功能模块有自己的时钟系统,所以要想要调用STM32单片机的功能模块时必须先配置对应时钟,然后才能去操作相应的功能模块.端口重映射也一样.如图示:

重映射步骤为:

8 m4 T/ o( @: k: z( `9 X$ v% A

1. 打开重映射时钟和USART重映射后的I/O口引脚时钟,

% @- o3 ~$ v+ k% C9 Z

1. 
   0 \' b0 U4 D  o: b1 _5 \4 X
2. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB |RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

复制代码

" [0 F6 W0 P& A* [

2. I/O口重映射开启.

1. O_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART1,ENABLE);

复制代码

8 H: A/ R) q- Q/ b' U8 q

3. 配制重映射引脚, 这里只需配置重映射后的I/O,原来的不需要去配置.

1. 
   # [6 f; E/ [- Q% v% j' k  M
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6;
     N0 A+ T+ Z/ `* `& o
3. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF_PP;
   
4. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;
   ; b6 q' {. r& X! ]$ p* @, w
5. GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
   $ I3 }, O$ n- H6 V+ i
6. 
   , |9 D. s0 f- e! m) C
7. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_7;
   
8. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IN_FLOATING;
   
9. GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

复制代码

( E4 L3 S/ N7 H

2.1、STMF20X系列

STMF20X系列(包括之后的40系列)是没有重映射的说法，只有统一的称为复用功能。

6 b' f6 K+ ?* P8 c- f

" Q( A1 e0 c/ X, G3 b5 F

从上图看出F10X系列会有专门的普通IO寄存器，会有复用寄存器，使用库函数如下：

  @$ w- H  o+ k$ j& d* O$ O; o/ P

2 ^  x' Q/ E' x/ O/ k
5 Y# J$ i: h5 S! _7 ~

1. void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalStateNewState)

复制代码

2 q7 ~' v, t3 f/ U; e* E+ Y

/ _* p; _2 Z2 [9 T% B

: Z, R5 @( {/ [2 }& x! C0 s

! h& D% y, I5 X. Y

从上图F20X系列使用了复用功能寄存器，然不是像F10系列存在专门的复用寄存器，F20X系列GPIO复用的功能更广。

备注：要先配置GPIO为复用功能，再调用复用的库函数

4 Y1 I" _2 I2 a- ]& H8 ~& N4 Q
03 相关名词解释
/ O$ ^4 o) M4 s8 b
( {( O* ?. a, S* z

GPIO模式名字解释

GPIO_Mode	全拼	描述
GPIO_Mode_AIN	Analogue  In	模拟输入
GPIO_Mode_IN_FLOATING	Float  In	浮空输入
GPIO_Mode_IPD	In Pull Down	下拉输入
GPIO_Mode_IPU	In Pull Up	上拉输入
GPIO_Mode_Out_OD	Out Drain	开漏输出
GPIO_Mode_Out_PP	Push Pull	推挽输出
GPIO_Mode_AF_OD	Alternate Function	复用开漏输出
GPIO_Mode_AF_PP	Alternate Function	复用推挽输出

& h8 f& {, e; B

F20系列：GPIO共有四种功能

1. typedef enum
   
2. {
   5 G* p8 u9 S6 S2 k2 U( K
3.   GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */
   9 V% V  @% m) C" l0 E
4.   GPIO_Mode_OUT  = 0x01, /*!< GPIO Output Mode */
   $ l) o. x! l7 K4 ]% ?0 y; y- f
5.   GPIO_Mode_AF   = 0x02, /*!< GPIO Alternate function Mode */
   
6.   GPIO_Mode_AN   = 0x03  /*!< GPIO Analog Mode */
   
7. }GPIOMode_TypeDef;

复制代码

& j0 V. `3 n7 [/ v% K7 J* Y. h' j% VGPIO状态
8 D. a2 B! |; B: I- K9 N5 y
推挽输出

可以输出强高低电平，连接数字器件。

/ P9 `2 N/ h- P

1 C) s/ n. L- p: _/ k

开漏输出
  P, B& d% [, y

只可以输出强低电平，高电平需要外部电阻拉高，输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平，需要上拉电阻，适合做电流型的驱动，其吸收电流negligence相对强(一般20ma以内)

高阻态
# L5 k) l: n& v" W: d2 C+ B
& t9 r/ T7 v$ K; @2 B$ R

高阻态是一个数字电路里常见的术语，指的是电路的一种输出状态，既不是高电平也不是低电平，如果高阻态再输入下一级电路的话，对下级电路无任何影响，和没接一样，如果用万用表测的话有可能是高电平也有可能是低电平，随它后面接的东西定的。如果设置为浮空输入，也就是既没有上拉电阻，没有下拉电阻。可以认为是高阻态。

( H3 E2 k3 y8 a9 H; u- b
* [: F/ T% @6 I$ a9 M+ x