STM32 GPIO详解

% d6 r! m9 c' ]( _- @下文将根据STM32F207参考手的中GPIO框图讲解GPIO功能。


9 |7 G+ K( b& H( Y2 `01、I/O接口电路
: S0 y. U3 |# x: M0 l& @2 _' |带FT的是说明可以容忍5V电压的，I/O电路框图
4 Y9 k. Y- j/ x  x* [* m

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

# j. O% Z3 S/ ~; h$ O8 u
+ v! k( G2 ?4 b( g. j1、浮空输入，不使能上拉电阻，不使能下拉电阻
; i0 v+ v. h4 x, {9 E% c2、上拉输入，使能上拉电阻
7 }- f2 v! n3 W; W& r# k( ?1 N3、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

' p6 M+ Z; ^8 d; p+ c0 Z
1.2、普通输出
+ {( T! z( Y8 |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


3 |( M+ ^- k) J8 s( d7 G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)
) C: A) H) ]8 O: P$ r, i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
1 ?2 H6 o4 {: b/ ?# b9 g6 S

从上面的框图得知，

; o  N7 O2 @% k' [
8 U- v! d" P# x1 v. a! S1、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


* B, A1 h. H1 r- k2 g6 V. U1.3、模拟输入
# l5 j* n9 K7 L, d: O模拟输入上拉电阻和下拉电阻是没有用的

0 ~. Z' _! P, E) [
5 p) J( \3 N3 Q) p, r7 X高阻态下模拟输入
8 ]1 a8 H7 Z* J' S2 ^

从上面框图得知


弱上拉和下拉电阻禁止
% M) s: R' i& j

施密特触发器停用，施密特触发器输出值强制为0


$ N, B7 U+ j( D' g* t! n6 J输出缓存被禁止


# o  j: Y4 g& a8 _读输入数据期存器， 读到的值为0


注意：IO配置成模拟输入时，不能容忍5V电压


1.4、复用输出
$ \5 D/ M2 l' a复用输出框图
3 V2 a) T+ s5 x7 Q4 q6 q) c" r

从上图框图中可以得到5条信息
1 O' d$ E( N8 q. P( G

6 N+ P# i& e, ^% }5 h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
. p  w( X& D, K+ K( 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
6 j' }8 N+ F. t" D2 `; Z
, O! B  i; s" a% w6 B
. V: Q7 f) s. C, L0 t1 J1 `! V上拉电阻和下拉电阻使能，可以进行配置
" o* n6 E) w7 @8 k0 L+ ]8 I

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

9 X: w6 v, V) J02、管脚复用和重映射
$ \) N) U0 X) h6 ~8 _) y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
% s( w1 @3 i3 _  Y" E3 J- K: Q
0 [% s% L3 H1 s: ^
6 C, w  H. B: u' Q, I2.1、STMF10X系列
1 W1 ]6 Y' O! w2 f5 BSTM32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。
' z+ i3 w( Y  ]1 |2 h- F# ^

) G. t* }) n, Z) B: M1 L4 HSTM32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:
; W1 R/ w1 i  o+ p; A! J

重映射步骤为:
' i# r4 q3 j4 Y# Z( J0 {' t
7 e/ [- r  {. e$ k
. N6 U+ R3 Y1 e. O1.打开重映射时钟和USART重映射后的I/O口引脚时钟,
; W% A0 k" w" C* q

1. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB |RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

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2.I/O口重映射开启.
8 Q7 c6 d" |( E8 y

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.​​​​​​​
9 Z* |  i0 A5 [) U+ n  b5 O& p

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;
   8 b7 [' q  t+ n
5. GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
   
6. 
   % f5 i" [* X  c# G. X+ P7 i
7. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_7;
   0 ]. A5 G+ \7 H8 u
8. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IN_FLOATING;
   0 o% A$ z& V7 d8 z9 [9 Q
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。
1 O0 w% j1 t  b( @+ u6 d

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。

2 ^% n# E! Q/ v9 B# u
8 Z! n+ o0 V5 S4 w0 u备注：要先配置GPIO为复用功能，再调用复用的库函数
0 ~% s6 g2 M, C

03、相关名词解释
! [, a+ T4 g) v1 TGPIO模式名字解释
6 D5 S  I1 {1 W. e5 F$ P  ^9 N

F20系列：GPIO共有四种功能​​​​​​​

1. typedef enum
   
2. {
   
3.   GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */
   , a$ \2 ~: U6 C7 J( Z. ?' L
4.   GPIO_Mode_OUT  = 0x01, /*!< GPIO Output Mode */
   2 T' V' |. C; F% d0 R
5.   GPIO_Mode_AF   = 0x02, /*!< GPIO Alternate function Mode */
   / j9 m3 K. O) n. n5 L0 t; s
6.   GPIO_Mode_AN   = 0x03  /*!< GPIO Analog Mode */
     z! e1 @  q8 v* W: G# V
7. }GPIOMode_TypeDef;

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GPIO状态

( E2 A7 S9 ?, x4 A# g4 D9 ^" Z
5 j7 [4 z5 S+ ~0 f5 Q推挽输出
- q, Z1 ]& ]6 v/ `: r5 H8 o

可以输出强高低电平，连接数字器件。
+ ]' X! b% f( y/ T$ V$ g% W
% c  S, P! I! {/ U
开漏输出
( E3 ~9 C( S" f! x% G4 G3 q/ F: 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)
( ^" A  [) r. Y' J" Q

高阻态
3 Y1 e; p' S% N# E9 f: L% V

3 b- o1 |, u+ E* J* e% L$ S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。


; e/ y0 Q! o2 B/ l
8 q8 E9 }4 e2 Z/ [+ Q) h5 H+ z1 D, S
( K* P7 C0 \/ H
# P3 u& B4 [. g' p& @

# s8 F4 H) }% c' q! @3 K