STM32 GPIO详解

下文将根据STM32F207参考手的中GPIO框图讲解GPIO功能。

- g% X4 I& X: c2 |' E
01、I/O接口电路
0 @6 E& q9 D* t5 I  Y* l: V带FT的是说明可以容忍5V电压的，I/O电路框图
6 B6 n. R# T8 q( t8 G9 }% q

1.1、普通输入
4 W/ |% w1 p6 d  n% x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
& w  j) ]- F2 y' Q2 e% ^$ O- i7 O
. ~8 q  @+ V) z$ M2 L( E+ k
! ]2 G8 x/ Z1 m1、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
$ ~: a/ R/ Q0 z" B' r0 S; R0 D

从上面框图得知，输出缓存是被禁止的
* @9 v4 B6 x0 H4 E, G4 F: D
, Y2 b! i& f8 X
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


5 t  Z/ s0 r6 G8 L0 ^& v0 r9 J* B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
" j% e9 X. Z5 _. J

从上面的框图得知，
0 p1 h  s4 _5 |

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

& I9 {/ B) u; O! F$ f2 g
2 Z7 Q0 X# e) ~9 |7 w$ E6 H1.3、模拟输入
* \3 n+ O' h& u  r/ t+ z9 i4 v模拟输入上拉电阻和下拉电阻是没有用的

2 a$ g4 F% k: N5 }+ G" ~; D
高阻态下模拟输入

从上面框图得知

3 z6 u3 C+ C) {; b9 g% o# \* M
弱上拉和下拉电阻禁止
& D8 C. t& M7 b
: a  d7 d) u, ^) Y. J9 l& C
% G, G# M$ o2 ]7 ~$ S: f) `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


读输入数据期存器， 读到的值为0
( _) [8 {1 s5 J. y" ~7 f& Z

注意：IO配置成模拟输入时，不能容忍5V电压
. P4 ^# w$ e! z/ c+ U, B
: e2 a1 _4 W  t
1.4、复用输出
# p, @' T0 `3 ~复用输出框图
3 ~/ a1 S* o# w/ s0 J3 O0 y0 A* Q' l+ g

从上图框图中可以得到5条信息

6 {% c+ O  s! N. {9 @
/ A( e5 Z2 |; J8 n! y7 T" i. L/ l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
% X1 D: R4 L" e9 j8 V: [
& ?) P7 E, g' b& b* t) w! k* x
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
/ h+ \2 ~+ ]( @6 t
" r* `0 x5 H& }) }
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

6 C5 q$ V' S* N8 p) X
2.1、STMF10X系列
  ^  C! `! }' D' c: G4 n8 b1 J5 dSTM32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。
6 @* o# ~. q' x9 m4 A8 ]0 w; o9 Z

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。
" B, B5 q3 l5 K8 s. j/ g
. y2 q0 C) v( p0 h" j5 I; D, |9 n
& T$ O2 t. f$ f0 u5 X& a: [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:


1.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.
5 r* j0 r+ s% k
6 g/ X! c* _1 ~  c2 f
GPIO_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. 
   
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6;
   1 A# p3 m8 d( [4 M# @7 Q- 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. 
   # v" g! M( b/ }8 q
7. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_7;
   $ c" @4 B+ T* c% Q! {5 q
8. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IN_FLOATING;
   
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。


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
' \/ u; X8 c* S0 d; I& _0 XGPIO模式名字解释

F20系列：GPIO共有四种功能​​​​​​​

1. typedef enum
   
2. {
   
3.   GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */
   # f7 L. l  n( l
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 */
   5 m6 c% O" B, [6 h& }$ c& |. ~
7. }GPIOMode_TypeDef;

复制代码

GPIO状态

7 r* w- y0 z/ t6 {& r7 D
推挽输出
! `5 Y7 w: {0 u

可以输出强高低电平，连接数字器件。


开漏输出
' d1 J; l) u- _' t- m* p

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)
8 u  m9 R  Y! Z7 L1 H

* R8 F+ T1 D( n5 d' W; }: {! `6 M高阻态
7 b  X  ^* C: n4 [, O$ g
. q; V5 i3 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。
! A! p6 Z: t9 G) F0 d" f


2 Y4 C9 d  b& k9 K2 C
- i" d* X. d- N$ O! c$ O) g

5 @% J6 y  b5 q3 I) p  o, \& L
+ [! f9 H+ X! j$ Q8 M