STM32 GPIO详解

下文将根据STM32F207参考手的中GPIO框图讲解GPIO功能。

, \8 D& k8 t. D3 d' g7 ^
" D: v! a! L0 M2 n9 k0 m8 R4 q: W01、I/O接口电路
3 ]5 H' Q: }6 s$ B: |, S  ]- `3 K' ?带FT的是说明可以容忍5V电压的，I/O电路框图

1.1、普通输入
$ M0 B* N& B4 q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

5 O0 ~! X4 a+ X3 x
/ p9 q/ X" d5 x1、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

7 p" M4 q) \/ O. P" N
; K9 i( Q6 I6 f9 O4 J9 \. ^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
. t  c! @& M5 D4 z

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

从上面的框图得知，
0 d# d* ?2 |& E# y* R

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。
/ W6 H( q% e( K/ B" G2、驱动GPIO输出，我们可以采用输出寄存器也可以使用位段
* o' H  k7 p/ j: c# i- R% r$ }
5 S- n: L8 P- ~' H, i8 g" Y6 c3 w
- I; |2 x, h/ y7 x7 ?. H( G1.3、模拟输入
模拟输入上拉电阻和下拉电阻是没有用的

/ W- X/ u2 c9 b2 ?  O* }# Q& j
, V+ b' P$ l! [! {0 y$ }9 }+ N; P# F高阻态下模拟输入
% G. B  o( s0 K  v3 I

从上面框图得知
6 j9 b. l4 N& {
# p2 X& `/ n3 }
- e, i7 E6 e7 w# C弱上拉和下拉电阻禁止

/ }0 {2 k, i! {: u) r4 @4 e
施密特触发器停用，施密特触发器输出值强制为0

( ]& E* e& Z( R' @: f+ i
0 d: v) Y. w; w* p5 c) n输出缓存被禁止
2 M6 s' D3 w& A9 L
$ ~9 h& U3 Z6 b' E/ i
& c; y6 ?; Q  k3 M7 n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
; D9 f4 O  p6 {/ s+ R
& y, d  r" \" G: V0 @  s" c1 X
. |# _! r1 c4 I3 \+ u  N" e! J1.4、复用输出
复用输出框图
$ X6 {4 G! q% _( t( a, L

从上图框图中可以得到5条信息
- ~  E9 r) O2 L% p8 R! D. |

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
( B) |( f) I& r2 ~' S% v

+ q& _$ o* u- Y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
6 [( p8 h& P4 U0 }) q4 f  g

上拉电阻和下拉电阻使能，可以进行配置

- z, t- j8 W2 p7 K3 h% E* j, V1 `
TTL施密特触发器使能
1 U0 A: P6 ]% p
1 q) k3 j' U) a2 r. v( c/ N
5 v& f2 k- `2 ~9 F3 w可以通过读输入数据寄存器， 可以得到 I/O 的状态
, g9 W& m2 @/ w, k/ B( X
/ |$ ^& _0 Z- K2 B$ w$ t02、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
$ n, y! w) g/ [+ tSTM32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。

. h# r/ w( p* n  {4 [+ }) a, q
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:

( G+ u& k" g9 s7 {; m& ^$ D
; P* ^+ Q- O& e1 y. O1.打开重映射时钟和USART重映射后的I/O口引脚时钟,
1 u- V- f/ Q! q8 x

1. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB |RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

复制代码

2.I/O口重映射开启.

' b( l8 v; b% H4 i
, {8 S; ?3 A6 g( I% nGPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART1,ENABLE);
" ~. {8 p: [, P3 V$ G; x1 I3.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.​​​​​​​
+ s% \, i( _/ H; X2 |7 }

1. 
   4 @+ r$ t. T) i) l# `# J) z1 |
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6;
   " P% X- \  m; Z4 I9 C: s
3. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF_PP;
   
4. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;
   : `9 |: h7 a2 k* ^3 o" m
5. GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
   
6. 
   % x3 O3 s0 a  \- c5 f/ B
7. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_7;
     @' X) n" N2 W' L! U
8. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IN_FLOATING;
   ; T5 v0 l4 A" a5 ^& x/ T( ?6 n* f
9. GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

复制代码

2.1、STMF20X系列
" `/ @/ \! e, f" m, dSTMF20X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。
5 G& v2 X) T* S) G& K" m8 n1 N1 Z1 T
0 w2 u- T# v$ Z9 @0 ]. I0 Z
9 `6 s  m: r) N  J0 Y备注：要先配置GPIO为复用功能，再调用复用的库函数
# r1 F6 q! d& I/ |9 D

03、相关名词解释
GPIO模式名字解释

F20系列：GPIO共有四种功能​​​​​​​

1. typedef enum
   / T% `; m- ?2 n2 e1 O
2. {
   ( ~! ?, J  X7 W1 Y( Z! T5 r
3.   GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */
   4 c/ f! B7 [! C0 X' f
4.   GPIO_Mode_OUT  = 0x01, /*!< GPIO Output Mode */
   ( z- w5 _% S8 {
5.   GPIO_Mode_AF   = 0x02, /*!< GPIO Alternate function Mode */
   6 U% X5 F/ M; U. p" `
6.   GPIO_Mode_AN   = 0x03  /*!< GPIO Analog Mode */
   
7. }GPIOMode_TypeDef;

复制代码

GPIO状态
1 T) i0 ]0 z: f/ l( R& H0 A
+ f( V5 r2 q3 H. ~4 E
推挽输出

9 x2 T" d; F0 U
可以输出强高低电平，连接数字器件。

7 \8 Y' [0 |0 @: {; o. B
开漏输出


; y1 F! i" p/ N0 Q9 G2 z) B7 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)


7 g7 M- I4 U$ R8 Q: g高阻态
! ~- w* h1 i% X) q) k5 w
% t: F( }" [0 o
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。
' V' f8 p" s, l
+ L0 z8 S8 r8 K, o: k* @5 w



1 d6 J, {& H1 \( h) O) U# A) O( t4 h

7 H1 X7 g( }) X3 i  C