STM32 GPIO详解

下文将根据STM32F207参考手的中GPIO框图讲解GPIO功能。


' Q8 [& P, I6 e8 W+ H( W01、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
% q! {- H, a; D( x% @

1.1、普通输入
: o/ t/ k1 S$ R7 s  `- X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
7 V2 [- O9 X/ ^4 t% N' z: ]' i& I+ ?

1、浮空输入，不使能上拉电阻，不使能下拉电阻
2、上拉输入，使能上拉电阻
3、下拉输入，使能下拉电阻

从上面框图得知，输出缓存是被禁止的
( v* V  g; m" f2 J' e

0 A/ _& U2 A( F; E6 M9 A* n1.2、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
- p+ D7 ^2 {/ G' y, @4 z& [
( F5 |# m: s; L9 y) J3 M1 E/ F
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)
$ y  k9 g2 L/ t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

从上面的框图得知，
" j& G( j% g& D: W! P
3 J! j4 Y2 T+ r3 k2 e% C; a% |
5 ?2 g1 o& @& c# \8 r) e+ Y1、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。
: n$ \# l9 G# k0 y* h7 d$ G  w0 d2、驱动GPIO输出，我们可以采用输出寄存器也可以使用位段
1 C( T+ l. N+ r) |5 w( R" c

1.3、模拟输入
模拟输入上拉电阻和下拉电阻是没有用的


9 y. _' i2 Q  ^4 C* `6 z高阻态下模拟输入

从上面框图得知

  h. u. H' s! _3 r8 H2 I" I) Z
' `/ W. k8 U7 v' t# @弱上拉和下拉电阻禁止
# P% s7 t0 K/ x! \9 O& E
% t4 d0 }) O& p/ n$ _
施密特触发器停用，施密特触发器输出值强制为0

& p  G) A* G7 ]( K
- l9 k: U/ i9 v输出缓存被禁止
7 ?8 @, x# p) x; A4 u3 \0 \/ Z
- d2 H5 t) V4 d1 o1 z2 }* G
读输入数据期存器， 读到的值为0
/ g8 |. ^2 N  [' g

9 l8 F" `. I2 o6 ^9 T  {* I0 p注意：IO配置成模拟输入时，不能容忍5V电压

4 W6 _3 K) O9 \( x
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

) ?" V& |4 h% [% Z# @; E, K
, F" D; i2 J; t2 H; w# s! T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


; r( E% l! X7 K% B% C( f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

& U$ x  V  R( \
, C* s* U: @1 G上拉电阻和下拉电阻使能，可以进行配置

. w" b( }" I( N4 B, P
6 P* I' ~! w7 B; P& C7 w# H, {- b. ]TTL施密特触发器使能
* |& s7 i9 h$ ~" y4 |
$ e0 ^0 S" A& U+ p* v# w8 a
; |8 v4 ]6 W3 z/ G; z9 I7 b可以通过读输入数据寄存器， 可以得到 I/O 的状态
% s6 @- K: \; s- E' o6 _
' u2 R0 f- }- L02、管脚复用和重映射
% P3 s! h! x* o) e# o( p* G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

1 o9 |0 l) {  A6 x$ B# {
2 K+ G; }& t4 c" j- M2.1、STMF10X系列
0 V) R* G/ d7 O. m: o' X4 F0 WSTM32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。

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:
4 m+ \( f" V2 M' }. c/ o

重映射步骤为:


1 V% f& y% B! e" F7 L1.打开重映射时钟和USART重映射后的I/O口引脚时钟,

1. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB |RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

复制代码

2.I/O口重映射开启.
1 n; q6 r9 F( j9 v" V+ u9 x
  l8 {0 L- G+ W! K
$ X3 Q7 M. c! Y. eGPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART1,ENABLE);
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.​​​​​​​
! q9 g9 E; r8 v; A, O

1. 
   
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6;
   0 Q! I! t7 E9 J* u9 @
3. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF_PP;
   , z8 Q% R* H7 P/ s2 ~' p
4. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;
   9 T( F3 H5 H1 `- S6 }/ h
5. GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
   7 Q, Q# y- d0 P; f5 k' D7 W
6. 
   
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

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。

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：

1. void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalStateNewState)

复制代码

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。
. ?3 b  C9 h5 y+ f' k( W

9 J( d* @" t% k  G" E备注：要先配置GPIO为复用功能，再调用复用的库函数

03、相关名词解释
GPIO模式名字解释

F20系列：GPIO共有四种功能​​​​​​​
* ?' L" H$ U! @4 \; t/ W

1. typedef enum
   
2. {
   
3.   GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */
   8 ^  J  }4 A7 P- Q8 K8 A7 v
4.   GPIO_Mode_OUT  = 0x01, /*!< GPIO Output Mode */
   
5.   GPIO_Mode_AF   = 0x02, /*!< GPIO Alternate function Mode */
   
6.   GPIO_Mode_AN   = 0x03  /*!< GPIO Analog Mode */
   9 Y7 g! U) p* U. I4 {
7. }GPIOMode_TypeDef;

复制代码

GPIO状态

. ~, t9 u4 G5 e( K- f! N( k, [. p
- Y& U6 ^4 b- r) K推挽输出


+ ]9 I2 U: f2 l4 B  Y5 q. I, n可以输出强高低电平，连接数字器件。
# o0 n. ~' @  h

开漏输出

& ]# A5 A+ a$ c
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
  v0 C: S( Z, S# y' d2 J
, T5 c/ I/ v2 g
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。

7 h6 S# ^5 i7 p





; v( f6 O; ?) Z- k