STM32 GPIO详解

! v1 N3 B; S/ ~% b6 k6 g
" n  P& T) ?% d1 i6 F6 E; w下文将根据STM32F207参考手的中GPIO框图讲解GPIO功能。
* r0 M4 J2 s# P1 X& C

01、I/O接口电路
4 O, `& _& F. t9 i" d# V带FT的是说明可以容忍5V电压的，I/O电路框图
( ?: d: u! N$ _

1.1、普通输入
( D% h* _) C2 x! ?$ S( p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

2 e/ I7 u$ p/ k+ q" i
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
* B. m* R, k6 ]

* I6 p/ u4 f* D( J4 q5 Q6 V1.2、普通输出
! s! k& r% ^% o2 j3 g8 d5 [/ g6 G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- {6 o1 c5 S( n& c
' ]( f( w+ Z, w$ m- j1 s" y
7 i2 C/ H4 i) z9 S# @& V) r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，
: g% b( D6 a+ B$ p: |: [" A) a5 n
- A  V1 f3 J4 @7 {7 ]
: F0 E/ \0 ]5 v$ S/ R1、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
  H6 [) X3 h9 J( v1 F+ T& Q
( ^9 P9 f' L# v5 j
1.3、模拟输入
模拟输入上拉电阻和下拉电阻是没有用的
$ A: G3 Z3 w, g) M/ c6 b1 c

高阻态下模拟输入
/ T' `1 b7 k# X. u

从上面框图得知
9 W" j3 C# q+ m0 U

1 R, g! r8 a/ t弱上拉和下拉电阻禁止
8 i4 S7 c1 q4 ?: P$ I1 E" Q

+ a; ]( m( [8 I3 D$ N施密特触发器停用，施密特触发器输出值强制为0
& v, ~6 u- w0 ]; t6 r" \/ \

输出缓存被禁止

2 P  E. D* s" `" C; I1 P) s; ?- N8 h
( ^  t  Y8 ?  m读输入数据期存器， 读到的值为0

7 h% ~  R4 K- U5 Z* M
1 p- c) U4 f! Q5 T1 f! m7 g注意：IO配置成模拟输入时，不能容忍5V电压
& c# m4 N4 ~/ B& @. P: O4 Q) n& M
: x) ^# h7 M8 I- w. C
7 P) m! M6 k9 E* y1.4、复用输出
4 x0 C; A' _8 h$ }3 `复用输出框图

从上图框图中可以得到5条信息
2 r5 W7 P- B6 e3 k  m

( e1 e. W& ^. V, ?  H: Z+ |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


' E+ [7 o; U8 i5 }8 Q2 _9 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
, ~3 r" M5 G( l+ j9 D1 e

6 f2 q7 \- V% l$ M) A- x7 g7 V% m* m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

) p$ w" h6 P& k( I3 _
  ^. @, l  M+ @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
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
; @1 {6 ^3 f4 Y- p$ I

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。
: W# M( [$ d8 H. I' L

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。


% s- W( P! j+ q! X" c) _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:
4 ~9 E! {0 O0 D$ J( Q) `# M3 ~7 d3 e/ E

重映射步骤为:
1 n/ s* k- ]8 o$ I- U+ s3 S0 v
# x: ~# c4 x- L  f1 d9 z9 D
# u0 y/ U" Q2 I( ^8 Z$ U1.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.
% G7 A  n3 D1 Q: c/ r& G. K

2 {& @+ F6 V% f* m3 u& AGPIO_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.​​​​​​​
1 m' G' u/ `# Z' r5 w8 Z

1. 
   
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6;
   % [4 I# P+ p( g7 g3 R4 y
3. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF_PP;
   
4. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;
   
5. GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
   
6. 
   & L5 x+ y+ H# G% r
7. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_7;
   
8. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IN_FLOATING;
   , V; N* f4 B: c5 L6 y( S7 T
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。

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。
9 R7 z7 |6 L9 s" R6 t6 d
; s# {, g$ M2 x
& f- H* c) d# i5 e* l. Z, f( p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
$ ?% x. j/ Y1 {- R9 h. G; xGPIO模式名字解释

F20系列：GPIO共有四种功能​​​​​​​

1. typedef enum
   ! }; }( B" s% W+ p7 w7 m
2. {
   
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 */
   0 k0 p6 w/ i# N: v
6.   GPIO_Mode_AN   = 0x03  /*!< GPIO Analog Mode */
   
7. }GPIOMode_TypeDef;

复制代码

GPIO状态

5 n; U% z7 d; L& _. l, d4 V5 R9 O
推挽输出

5 \* i* V. P9 ~1 J; i- K0 Z
可以输出强高低电平，连接数字器件。
* `; `1 S& E9 S2 V+ R- u
9 q' l) h. f0 B
开漏输出

) P: e! g6 t3 h! @
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)
9 g3 ^/ z  Q( O. Y$ A$ C
  f( v) c! }3 {: m% C) y
高阻态

- x4 l. A* G9 A3 ~4 s+ x
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。
, g' W! v3 U1 G( v
# r8 m! `2 l* i. c- S  [/ p# X


( W% ^- W: N- |0 F% d5 h
4 E- l& F  L0 m
6 ]1 k8 n2 k0 P8 e& {
. y. ~1 H2 h& [- }3 m- g