STM32 GPIO详解

/ W" k  q1 i- m3 t1 T# U
3 e  P& Y% S7 }下文将根据STM32F207参考手的中GPIO框图讲解GPIO功能。
+ [" U3 B; I/ A* Z1 G
2 ~% |% o$ F& n2 j7 f9 b4 P
01、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

1.1、普通输入
/ a, I5 v8 b8 {& A4 I7 `7 _9 o, u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


1、浮空输入，不使能上拉电阻，不使能下拉电阻
# u6 r! p/ q9 a2 Q. }2、上拉输入，使能上拉电阻
" ~; t! p# f- i; d3、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
! i4 V2 D; [+ p  Q! }! B! ~
0 T1 M( C8 l% v" Z
8 e/ @0 R& Y! X1.2、普通输出
6 _6 f9 ~& W3 q& [: G# ?1 O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

" i  z! O% l+ i, q
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，


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
. q7 H" I' _& `

  [+ k, L. f, e  N! w. m3 _7 r1.3、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

从上面框图得知


弱上拉和下拉电阻禁止
6 l: p: Y* J5 }+ c

施密特触发器停用，施密特触发器输出值强制为0
( W8 ]' x6 N7 l7 t! a: R" j
: H5 X! d9 w+ r' r3 T& n
/ H8 a' x. h7 e/ R$ q$ O8 N3 ?输出缓存被禁止

  \* a: F9 L. m$ i, y  h, ~
读输入数据期存器， 读到的值为0
4 R0 U9 h7 l" o

7 T7 a( ~$ {5 q$ O: ]注意：IO配置成模拟输入时，不能容忍5V电压
5 A  C, b3 X: F/ p  J% q
2 H4 C4 S4 i, }5 i8 ?1 V3 S) S
% u$ \( R5 \6 m6 K% X1.4、复用输出
" M& r' M4 C( a$ b复用输出框图
7 r0 F: e9 _. X" F! |

从上图框图中可以得到5条信息
" }# U' E5 j# q+ \

. [- r1 W2 Y# m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

, X' s$ h: q3 y0 x8 d+ V
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

% L7 \/ g* M; f$ p1 t
+ @" M3 M4 r# Y. J* Z  k5 T9 V上拉电阻和下拉电阻使能，可以进行配置
2 j- l# C9 R1 Y' b

TTL施密特触发器使能
% N  O( k) |0 L5 p$ [
" Q9 K! Y& `6 Q& ]. X
6 {2 D4 B, b- i1 e. C: c9 x3 j可以通过读输入数据寄存器， 可以得到 I/O 的状态

02、管脚复用和重映射
" r4 e- k) ?- S  v/ e; O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。
3 r" W- n! [* M  i' w

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。
( P+ R0 b1 \  P& O
% h8 w; M9 W3 X/ _; y
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:
8 G+ q( l$ z3 X5 i  Y

重映射步骤为:

1 a, O/ ~8 Y5 u% k  }4 N
" Y3 V# t' j0 d' z' b1.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);

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2.I/O口重映射开启.
% w- p. \6 O7 R5 ]
3 o; Y: M8 z6 }; i. P- p- U4 c
5 ^6 j' _4 ]2 DGPIO_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.​​​​​​​
9 Y4 I! I0 ?9 y* K

1. 
   
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6;
   
3. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF_PP;
   : u! E# J; D5 h# r
4. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;
   
5. GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
   
6. 
   - k" V; [  _( ^, P9 c% z
7. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_7;
   
8. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IN_FLOATING;
   
9. GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

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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。
; A# ]/ ?' {: F2 K8 Z. _

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：
0 P5 L5 m1 u9 g

1. void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalStateNewState)

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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。

2 x, J" h$ z; k5 c' Z. Y% ~8 S9 q
: c/ I1 c; x" o, ~/ P) P$ s8 a备注：要先配置GPIO为复用功能，再调用复用的库函数
9 M9 E: {/ p, h8 b$ e" ?% |

03、相关名词解释
, x" F6 B0 d  fGPIO模式名字解释
) j6 [, V3 g4 ~. k9 x0 l6 Z

F20系列：GPIO共有四种功能​​​​​​​
# g* y5 r2 r! V# t' G3 @5 ]

1. typedef enum
   , ?; q$ ~: w' \5 u. J. p$ E1 O
2. {
   & Z# F! o$ A$ a) x
3.   GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */
   
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;

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GPIO状态


推挽输出

: i: |; z9 `6 M# Z0 \' L
可以输出强高低电平，连接数字器件。

+ N$ t2 h- [8 Y) J* ?, ^7 N
开漏输出
9 O4 y) H/ i) r* ^. a; _5 X

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


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。
' E9 i" @0 s/ @! A( j1 z% q) A. @- H
% ^+ O) |9 O4 M% `' M
: o$ O0 Z& d/ K/ |
! R3 H5 q" k' T2 r
, a# S$ {# _3 t+ y' P# o

0 l% o2 j+ @1 n" @9 {% u
- t! F- Z6 G/ z