STM32 GPIO详解

下文将根据STM32F207参考手的中GPIO框图讲解GPIO功能。

& d% X. z, t) R3 i# {$ V4 g
. q1 B; U, `! D- A01、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
% U3 \& X2 h9 p& l" p: q) S; z2 m% z

1.1、普通输入
1 B' e- j5 x5 E  @- G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


+ D9 ?/ y7 J6 ^8 L1、浮空输入，不使能上拉电阻，不使能下拉电阻
6 y+ D) x/ ?& o1 l5 ^$ n2、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

7 j( M( O, `7 b" P
! v: b6 J3 x$ H) O1.2、普通输出
. B/ t  D6 ^) B, I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
$ p8 |. ^, W9 O

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)
: J! j$ ?8 ]! {& ?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
! u1 U& O% f1 @8 |# U

从上面的框图得知，


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
1 j) O" }7 N2 Q7 p) x8 |0 y" V

1.3、模拟输入
, y) h7 w$ c$ i) D模拟输入上拉电阻和下拉电阻是没有用的


/ d0 G' a6 K5 P/ R  c- |高阻态下模拟输入
( z; \3 {0 X, ~# V5 L0 }

从上面框图得知

. U' N, s/ R; S
. r" n& b: |2 z" z$ {/ \弱上拉和下拉电阻禁止

1 X" _* q% @, I  k9 w9 S
施密特触发器停用，施密特触发器输出值强制为0


  p7 v& p' v9 J% e4 L# E; h  p' E输出缓存被禁止
7 `+ _$ Q/ r8 _
$ e' L1 v9 m! S# N8 N6 i: [
4 a: l' r" {1 t; A) V. R+ ?读输入数据期存器， 读到的值为0
; D9 c6 s: i6 v

注意：IO配置成模拟输入时，不能容忍5V电压
7 U; b8 h7 e3 |

1.4、复用输出
. o; A6 d6 T8 [复用输出框图

从上图框图中可以得到5条信息
, p& u+ \6 O: A5 a: i/ `

3 N$ _: V, R0 u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
# _9 t. f! v+ `% K( B, U4 t+ x
! x4 |6 D. E" I& A2 `# g- g& X
' s  \$ @( m& u2 @; E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
% T; B# s$ L1 K! ]( d- z  L
( i. w! h( U  ?4 R8 F
4 z+ g  m2 p8 L+ T3 A上拉电阻和下拉电阻使能，可以进行配置

: N0 l1 P2 ^% z4 U6 q: Y
TTL施密特触发器使能
& m/ Z0 H1 h' r9 O- m8 @; Z
5 |. T3 Q3 N3 Y4 x' i
可以通过读输入数据寄存器， 可以得到 I/O 的状态
4 S* G0 H5 _9 u! K
02、管脚复用和重映射
; E8 p5 h6 G# N* I2 |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 l" F+ \6 G' f: o: i; ^3 Y
% B" j5 D3 h% G- f" g% D) o2.1、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。
' V1 K3 t- b: A1 [, ^

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:
0 ?% F5 B4 F6 d8 X/ v% |

6 B7 X/ N' W! V: _3 b7 ?" D1.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.

" P: p6 w1 V3 D+ w) \
8 _8 L) x! V6 b  E1 |. i% z2 tGPIO_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.​​​​​​​
* Y- F& @  P6 T- u2 r

1. 
   . n! S2 [4 \" E5 Q
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6;
   
3. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF_PP;
   . ]0 o8 G9 R3 }3 b( O$ H; V
4. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;
   
5. GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
   
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。
! a4 a" ]" p3 o3 v* f' W

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：
  ~5 v' Y5 W5 z5 Y; s

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。


备注：要先配置GPIO为复用功能，再调用复用的库函数
/ V: x: {+ J( C* x& `( z

03、相关名词解释
. j% N& E# S0 {GPIO模式名字解释
, z, H9 y$ t- ^" G3 d- i

F20系列：GPIO共有四种功能​​​​​​​
+ J. ]; ]$ p/ \' a' Q$ |" P

1. typedef enum
   
2. {
   ( ~" u5 g6 k4 ~: X+ x* C
3.   GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */
   1 H0 s: Q. A2 O2 [( e
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 */
   
7. }GPIOMode_TypeDef;

复制代码

GPIO状态

$ h! M- n8 V% H( u0 j4 D, W
. K0 Q; f- `# \$ A- D6 I! ?7 d* x推挽输出
, u5 U% D2 U, C/ S2 h
8 g" i5 j6 R8 b8 h1 F
2 ]3 l4 x, r# S+ E; W; z可以输出强高低电平，连接数字器件。

4 V$ P# [  U! f5 C
开漏输出
0 ?' a  {+ Y- ]8 h+ _) X
/ E# O, g3 V! x. T; v  W# @( v
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)
% _6 M+ H0 F& v, e
. v6 L2 z! P3 \1 J
5 K$ k* X$ E$ |2 b3 I# c3 m高阻态


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。
" p# C& u" p0 x

; N: O; f* f# I; X" [3 f
1 v& X/ v7 L6 D( R" s: f/ Y8 c
+ M( l, _2 j( D( N/ s1 V
  q- J% k/ \" r* B$ x1 {