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如何理解STM32单片机引脚的复用功能?

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STMCU小助手 发布时间:2022-11-24 21:22
1、对于单片机而言,GPIO引脚的配置是很基础也是很重要的。错误的引脚配置非但不能实现想要的功能,而且出错时往往不容易查找,耽误调试的时间。这就需要编程调试人员对GPIO引脚的配置有很好的理解。今天这篇文章,我们就来谈谈STM32Fxx系列单片机引脚的复用功能(Alternate Function)。

2、STM32Fxx系列单片机的GPIO引脚可以配置为浮空输入(Input Floating)、上拉输入(Input Pull-up)、下拉输入(Input Pull-down)、模拟量(Analog)、开漏输出(Output Open-drain)、推挽输出(Output Push-pull)、复用开漏(Alternate function open-drain)输出和复用推挽(Alternate function push-pull)输出等八种模式。 下图为芯片数据手册的内容:

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3、上拉电阻,在引脚空闲状态下(无外部输入时),给引脚一个默认的电平状态(高电平)

下拉电阻,在引脚空闲状态下(无外部输入时),给引脚一个默认的电平状态(低电平)

开漏输出,可以直接输出一个低电平,但是不能直接输出高电平(可以借助外部上拉电阻)

推挽输出,可以直接输出高电平和低电平

        4、输入模式

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注意:每个引脚内部都有两个电阻(上拉电阻+下拉电阻),但是引脚内部的上拉电阻是一个弱上拉(驱动能力比较弱),如果打算给引脚一个确定的电平,建议在引脚外部接上拉电阻。

5、输出模式

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MOS管和N-MOS管循环导通,这样的好处是可以提高负载能力和切换速度,并且可以降低功耗。

先来介绍下开漏输出和推挽输出的区别:

STM32Fxx系列单片机的输出电路有两个MOS管:P-MOS和N-MOS。

在开漏输出模式下,P-MOS管不工作,只有N-MOS管起作用。若输出数据寄存器的值为0,则N-MOS导通,IO口输出低电平;若输出数据寄存器的值为1,则N-MOS截止;由于P-MOS不工作,此时IO口既不是高电平,也不是低电平,这种状态被称为高阻态。

在推挽输出模式下,若输出数据寄存器的值为0,则N-MOS导通,P-MOS截止,IO口输出低电平;若输出数据寄存器的值为1,则N-MOS截止,P-MOS导通,IO口输出高电平;

我们知道STM32Fxx单片机还有复用开漏输出和复用推挽输出,它们和上面讲到的(普通)开漏输出和(普通)推挽输出有什么区别呢?

这就涉及到针脚的复用功能。

我们知道,STM32Fxx内部集成了很多的外设控制器,比如USART、SPI、bxCAN等等,这些外设控制器,也需要通过引脚与外设连接。复用功能是相对于单片机的引脚而言的。所谓“复用功能”,是指单片机的引脚既可以做普通GPIO使用,也可以作为内部外设控制器的引脚来使用。

比如我们来看看STM32F103xx单片机的PA5引脚,如下图:

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首先,PA5可以做为普通GPIO来使用;其次,如果作为外设的引脚,它可以作为SPI1的时钟(SPI1_SCK)、DAC的输出通道1(DAC_OUT1)或者ADC的输入通道5(ADC12_IN5)。

PA5支持的三种外设(SPI1、DAC、ADC)在同一时刻只能选择一种,选择的方法是开启相应外设的时钟,并使其它外设的时钟保持关闭状态。如果PA5被配置为复用功能,但是没有开启它支持的任何外设的时钟,它的输出是不确定的。

复用推挽输出和(普通)推挽输出在输出的时候均使用两个MOS管(P-MOS和-MOS),其输出电路是相同的。区别在于控制输出的信号来源:(普通)推挽输出控制MOS管的信号来自输出数据寄存器,而复用推挽输出的控制信号来自单片机的内置外设控制器(比如SPI1)。

复用开漏输出和(普通)开漏输出的道理是一样的。

下面这张图,是普通GPIO输出的引脚配置图,可以看到其输出信号来自输出数据寄存器(Output data register):

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下面这张图,是选择复用功能后的引脚配置图,可以看到其输出信号来自芯片内置的外设控制器:

注:虽然复用模式的控制信号来自内置外设控制器,但是单片机(CPU)依然可以读取相应的数据。在复用推挽输出模式下,单片机可以通过读取输出数据寄存器(Output Data Register)的数据来获取上次输出的值;在复用开漏输出的模式下,单片机可以通过读取输入数据寄存器(Input Data Register)的值来获取引脚的状态。
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版权声明:阿文的储物间

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