STM32 GPIO详解

; p7 G1 t9 g6 A2 K( G下文将根据STM32F207参考手的中GPIO框图讲解GPIO功能。


01、I/O接口电路
6 u9 @) f3 U" c/ q带FT的是说明可以容忍5V电压的，I/O电路框图
1 P4 ]6 b4 f# q! F

1.1、普通输入
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

$ t' A1 c; n$ ^* l' z
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


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
! W- h1 H8 Z& f* ^8 u
8 z' Y1 w  @, g7 v
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)
) K4 a/ O. z5 y% Y  {; H  ~4 Q8 p. q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 t* [# P- D! `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
0 k4 O# O$ \; U6 l

1.3、模拟输入
模拟输入上拉电阻和下拉电阻是没有用的
7 {1 h0 T2 J$ K8 M
$ V' o$ G: u: r; y: J+ d1 \" |
高阻态下模拟输入

从上面框图得知

- h" s- V1 L) D  X* ]& @
弱上拉和下拉电阻禁止


施密特触发器停用，施密特触发器输出值强制为0


输出缓存被禁止

5 T! h6 N$ T, V# R( _5 ~
读输入数据期存器， 读到的值为0
+ J. J5 H7 @; W
6 e. O  [0 s# V8 R4 }
注意：IO配置成模拟输入时，不能容忍5V电压
# q1 Y3 L% F* F! N2 E
( P; X& f4 N4 E* m) [6 V0 }
  U3 t7 m6 T- j5 V1.4、复用输出
复用输出框图
9 i. y) m$ S4 n8 z" p

从上图框图中可以得到5条信息


- h5 h5 h; N3 A, _& `0 A, q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


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

' q% X4 W6 f  k
/ w& _6 g' Y* p+ b上拉电阻和下拉电阻使能，可以进行配置


TTL施密特触发器使能


可以通过读输入数据寄存器， 可以得到 I/O 的状态
) S& q/ ?; x0 y  u# W1 c$ U
02、管脚复用和重映射
" Y. n& K; n$ @1 ?4 @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
3 y1 m* E0 F8 S& J1 {$ ?4 D) y' g
+ ]+ D) h0 S4 p
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。

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。
" g* O) J& Z( g- B# h
3 p" v' U; ]  A& a4 e& D
; Y2 ?9 G% {* n0 w" u1 l8 E  ASTM32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:
: _& S3 ?' A7 Z3 l& M

重映射步骤为:


& V- H- L# J9 b1.打开重映射时钟和USART重映射后的I/O口引脚时钟,
3 c0 {' U6 ~) t$ H  }" i  m% P0 }/ \

1. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB |RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

复制代码

2.I/O口重映射开启.
! d' D1 b! W& v- Y$ O9 ]2 J
. @/ I% S. Z" H$ i+ c
4 x0 \, F2 |& q' ]0 I4 O. ~1 gGPIO_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.​​​​​​​
2 W( b$ z+ Z. c* ^" l9 \, U

1. 
   
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6;
   
3. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF_PP;
   * U0 A& H0 B1 N% p) M: s
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);

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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。
; C+ I) F' }5 F5 h4 H

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)

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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。


. ?3 j7 ~" @" x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
7 F4 R  t. p+ r' HGPIO模式名字解释

F20系列：GPIO共有四种功能​​​​​​​

1. typedef enum
   / T: g5 s( L) f$ F3 I$ X
2. {
   
3.   GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */
   
4.   GPIO_Mode_OUT  = 0x01, /*!< GPIO Output Mode */
   - `  z! H  [3 `% C; w+ K- T+ |0 Y
5.   GPIO_Mode_AF   = 0x02, /*!< GPIO Alternate function Mode */
   + _( B% O% ?. H1 |
6.   GPIO_Mode_AN   = 0x03  /*!< GPIO Analog Mode */
   5 t, ]& L, G) p! v
7. }GPIOMode_TypeDef;

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GPIO状态
5 k3 X5 E. B+ _* j0 w

! N% }9 j6 i4 j5 U$ K: K推挽输出


可以输出强高低电平，连接数字器件。
2 n7 ^7 C  W1 k# {5 H6 k
% [( n3 w0 J! C3 f. k
2 V& |8 U, O- W9 X+ X开漏输出
2 M! J0 z; H3 _. c  L6 J

  ]5 K$ F7 r8 |! z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)
5 h4 U. `! E  R: ], `/ Z
# r1 Z/ Z  R. P. m8 Y
. |5 V% T' T8 g. v; r7 M5 M  u高阻态

0 N5 b9 v: P1 l
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。
: k& w' v7 b$ |( _* u

( i! \3 G+ E2 G4 ?( S/ }' [8 ^
1 R2 U8 C. S) B  L1 `


+ G# o6 d6 @. C& T. x) H7 M