STM32 GPIO详解

! c% I0 T/ ^) @
下文将根据STM32F207参考手的中GPIO框图讲解GPIO功能。
- B. ?2 U# F* |% ?

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
5 a' S2 D8 d  U# `; j( ^! P' p

1.1、普通输入
( {  B# b$ ~* w) m3 ?2 A( J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
% h: L" T) k5 @) H

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
7 ]: F. b- k) m+ y' G' X% j3、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


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


# h& l5 f& R5 y* X: @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
+ t9 u/ {$ o7 M' i2 M

从上面的框图得知，

! {  \! k# z/ W# V
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。
' b9 B5 H- h* `2、驱动GPIO输出，我们可以采用输出寄存器也可以使用位段

) [9 d! p6 s3 w" j2 C# l1 O1 O0 ?2 J
; B) r' A& m) X1 a- @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 V  a. D& P' \$ P7 i+ x, x  H

& k) p; W1 f% i: z% m高阻态下模拟输入
1 z$ l. |* j! j, Z, d- ?

从上面框图得知
* t5 D7 Y1 l4 e- y# V

- s: G4 o5 m) z7 O2 a弱上拉和下拉电阻禁止


2 c$ a! u8 U% Q( ?3 J施密特触发器停用，施密特触发器输出值强制为0


- @# c4 x5 F8 C输出缓存被禁止
+ m( F) X9 x5 K2 b, w% F
9 `. Z* ~  A0 }2 x/ A
读输入数据期存器， 读到的值为0
1 x$ }7 B) t1 x: X  k2 w  Q
" S5 r3 ?" A; X6 w
% _, @" e% z! @5 o1 l( O% |注意：IO配置成模拟输入时，不能容忍5V电压
8 G4 b, N, ], U5 L2 Y5 _# W2 B/ _# b/ v
8 B- @) ]  c$ h; G& w
" t) {6 _1 N3 e" f5 F1.4、复用输出
3 _7 V& E2 w. E  {) E+ g6 [$ C  F复用输出框图
3 F' d. A0 P! H: M3 V6 N3 H

从上图框图中可以得到5条信息
6 G7 E% N% H8 i$ r  E0 t/ `
$ o" f4 w  Q8 @
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
# W$ _8 F# O; L3 X: j
9 s& P- v9 D# a3 M) C9 ?" {4 l
0 X% a+ I* N5 F/ x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
$ O; J0 R9 c5 w% D
& `& P7 f0 e! t! i1 A/ ~2 c
TTL施密特触发器使能


. _' [7 W) k5 @3 x9 D可以通过读输入数据寄存器， 可以得到 I/O 的状态
9 L/ R  _" h$ Z3 }
+ l/ v1 r0 K0 D# w6 l1 p, _$ z02、管脚复用和重映射
9 D) k, H2 Y  w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
* l. D) K9 d. x9 j$ KSTM32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。
" b+ a: x0 _( k4 m3 N

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 o) c7 O$ K4 c2 G% d$ k1.打开重映射时钟和USART重映射后的I/O口引脚时钟,
* ~- s  D8 I) m- u+ ]! t$ c

1. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB |RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

复制代码

2.I/O口重映射开启.
) A) i% I/ i( K7 H! m

GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART1,ENABLE);
% \8 `- P; M! U: T; f1 Y; i" ]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. 
   
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6;
   
3. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF_PP;
   
4. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;
   ) O" H; s3 T- d6 G2 m
5. GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
   
6. 
   
7. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_7;
   
8. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IN_FLOATING;
   ' i3 K" P3 z$ C2 }5 z" j
9. GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

复制代码

2.1、STMF20X系列
/ G" ~) s" C7 x8 a2 s- x" }6 b* NSTMF20X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。
: B2 v  S1 ~6 _: \# u& v9 y

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。
+ v' Y* ~- Y0 t, M* }' x7 B. V& P

备注：要先配置GPIO为复用功能，再调用复用的库函数
! J8 k. A& n7 G$ i5 r

03、相关名词解释
, J; W, E' u/ dGPIO模式名字解释
+ [7 k0 b& y) \4 {

F20系列：GPIO共有四种功能​​​​​​​
7 u9 q7 O: [! X" H- Y6 a

1. typedef enum
   
2. {
   ) ]5 _6 p& e  ~7 }
3.   GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */
   + e- D+ Q: `1 d3 k( f0 N" P! {8 p
4.   GPIO_Mode_OUT  = 0x01, /*!< GPIO Output Mode */
   
5.   GPIO_Mode_AF   = 0x02, /*!< GPIO Alternate function Mode */
   + F& |( b# x: L' S. \5 ^1 u
6.   GPIO_Mode_AN   = 0x03  /*!< GPIO Analog Mode */
   * c% S" D; q5 \- T, z/ P
7. }GPIOMode_TypeDef;

复制代码

GPIO状态


推挽输出
) j5 D+ A( J$ a4 K. T. p
, `5 ]. v' F/ u3 c, T
$ v0 }5 v" m/ K可以输出强高低电平，连接数字器件。

" N( c0 _7 n3 p3 N+ A
4 O4 F+ O/ B  o) b8 x% L开漏输出

3 O( ~& \" v+ e- p" A) {
8 N# N, `; I: b9 A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)

; C( Q' S/ e5 y
高阻态
8 [* Q" ?# A$ n+ w

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 J. k7 r1 i& H0 s; D6 ^8 F
9 g& N, V7 w, L) r  f# `
9 Z7 j/ K4 B/ V

% ^$ }$ x4 z( Z* V