STM32的GPIO口的常识

STMCU小助手 · 2022-12-27T11:00:00+00:00

一、概述 , A, D4 [% b2 v+ _5 R7 DGPIO是通用输入/输出端口的简称，是STM32可控制的引脚。 * Y: o# X# \: e6 c8 s% @" s' m8 d" t. S/ H1 X# r GPIO的引脚与外部硬件设备连接，可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。9 C/ B2 W: @( M6 o. V1 a ( d0 k; n8 d- k9 ~6 @, g# S5 t例如，STM32F103ZET6芯片为144脚芯片，包括7个通用目的的输入/输出口（GPIO）组，分别为GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG。同时每组GPIO口组有16个GPIO口。通常简略称为PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx，其中x为0-15。0 y+ t: t5 z, F3 c, i & _6 C# Q8 |. eSTM32的大部分引脚除了当GPIO使用之外，还可以复用为外设功能引脚（比如串口）。3 \6 S% s* W5 J( \" R) q - y8 p7 _; W! H" H + N3 |- ^+ R# v# ~9 i9 @1 y( ` 二、GPIO的基本结构$ t" K9 |- N( ?7 q 每个GPIO内部都有这样的一个电路结构 1 m7 B% G0 J& u% o/ K( [+ T! D7 P( ?( T4 A9 p6 G ( Q/ x( e* B' Y# ^5 N. C( O: {- v# G* V! o3 r8 X9 q 保护二极管：IO引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。当引脚电压高于VDD时，上方的二极管导通；当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。但是尽管如此，还是不能直接外接大功率器件，须加大功率及隔离电路驱动，防止烧坏芯片或者外接器件无法正常工作。 " D9 q& ~7 V; s/ k" l ( N( ~$ c$ y- d( d" f a! X6 u LP-MOS管和N-MOS管：由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。 $ F/ w- Z8 w$ N5 X' W% W' a+ r/ l/ v3 C/ {) X8 g9 I" H5 z+ v TTL肖特基触发器：信号经过触发器后，模拟信号转化为0和1的数字信号。但是，当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时，用其“模拟输入”功能，此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。ADC外设要采集到的原始的模拟信号。 P: g: u; o0 j# g( F7 u- e4 d \: g! B" ~( [* u 这里需要注意的是，在查看《STM32中文参考手册V10》中的GPIO的表格时，会看到有“FT”一列，这代表着这个GPIO口时兼容3.3V和5V的；如果没有标注“FT”，就代表着不兼容5V。 ) V3 U% b& z0 n B + a. {, W9 V; d# M# W# d ; {" I. V* ]( Z3 m8 U$ s- U三、STM32的GPIO工作方式 4 v) n1 u8 [6 W+ T- { qGPIO支持：0 f! a5 J7 x/ K 4种输入模式 d) N4 y/ d; `' o 模拟输入、浮空输入、上拉输入、下拉输入 l/ [* R9 u% k V- F/ E * e: _% t: L2 ^& UGPIO_Mode_AIN 模拟输入 H. @9 s; Z4 l1 y4 SGPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入* h, ?% u; f% N5 ?: p/ `; ^) J6 a GPIO_Mode_IPU 上拉输入" u% b+ l$ R3 E+ I GPIO_Mode_IPD 下拉输入. O6 H% m. u( G/ R& f7 A 7 u* N9 P" N3 v: `$ n1 Q 4种输出模式 ( C! y4 J( r6 c, F6 f开漏输出、推挽输出、复用开漏输出、复用推挽输出 + ~; [, G( l' x - C" t0 O/ Z& G* U& I: ~4 OGPIO_Mode_Out_OD 开漏输出. D [* p( p( d% O9 x GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出& W4 i$ m) P, e GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出 ) ]( G/ P; F9 b% m% RGPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出 1 ]# i: O, B" u6 j同时，GPIO还支持3种最大翻转速度5 H( P1 d. c/ q+ ^ E B3 V$ r* l 2MHz、10MHz、50MHz' h) j4 u! u( v, R' {9 C9 z 每个I/O口可以自由编程，但I/O口寄存器必须按32位字被访问。 % e2 m4 R) y5 S3 @! { Z, U, L9 V. ] * n& L* V/ p. B- {; k5 H5 d四、STM32的GPIO输入模式详解 1 o* S6 C+ _. H3 R3 i* D1、浮空输入模式0 K' g2 p! O' A L# Z " M2 h O, @$ ^ G$ t0 { % ^; b) r5 _+ M: y ( |8 r" n% Z1 t浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，I/O的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。* |& [8 F' Z3 o2 | 1 j# l$ t9 X' p+ k5 V# W+ p2、上拉输入模式 5 M. n% Z2 Z8 {% z( } ) ]$ I/ [* k, d" t . B' }7 {% f1 f- U; b# o R6 G0 X% k/ u" x n 上拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在高电平；并且在I/O端口输入为低电平的时候，输入端的电平也还是低电平。 " F- X: O A4 A @2 ~% u, _/ T. e. a- x, y ; J6 {( g+ a) P% S( h 3、下拉输入模式 4 i. h! B. i3 I1 N # t5 d+ g5 z: j1 ^. l 0 f* F/ `0 o2 l; B' ?: w $ c5 n/ J5 W$ \6 E下拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在低电平；并且在I/O端口输入为高电平的时候，输入端的电平也还是高电平。 ( ^' T6 L# b9 |( X& S6 c, z' I$ y. N% y/ E0 b4 N D D5 E% i6 B K! F9 K4、模拟输入模式 , A. M9 L4 _+ Q* d9 @8 r9 `模拟输入模式下，I/O端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块，比如ADC模块等等。 3 p2 _% B3 j/ ~5 C1 E0 r4 A- o0 }7 |% A" w4 ^. D 7 l6 @8 ^; r2 @ S 2 G# B/ W$ Y+ V+ _/ \: A) A五、STM32的GPIO输出模式详解 " T1 d) i6 q) h0 \4 ?1、开漏输出模式 / b' ~& \8 [& n+ u) r , L% N/ m$ n+ p3 C 8 d% B# y, D* S. B 0 [+ K5 u1 m5 ^6 u u开漏输出模式下，通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经N-MOS管，最终输出到I/O端口。这里要注意N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就不会由输出的高低电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定；当设置输出的值为低电平的时候，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就是低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，I/O端口的电平不一定是输出的电平。 $ c$ |4 s4 b8 c, G . z0 R+ m& n$ h; H! |2 k9 c. F9 w. e$ Y) q c 2、开漏复用输出模式 ; k3 l6 b) N5 ] e" D a9 w, D2 x$ R9 ^ ) u4 [$ w' H- H6 ^: ?7 ` 1 } A6 z+ T) O: g 开漏复用输出模式，与开漏输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。 y' u9 M) d3 s: e3 b4 X7 d ———————————————— 5 q0 r0 d: y# `% P版权声明：CodeForCoffee ! c, y- c* |8 M" f) m' I0 O! b5 c# Q3 P; {6 C7 o : d/ G! a R- t/ \

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STMCU小助手发布时间：2022-12-27 19:00

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文章简介:	STM32的GPIO口的常识

一、概述
GPIO是通用输入/输出端口的简称，是STM32可控制的引脚。

GPIO的引脚与外部硬件设备连接，可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。

例如，STM32F103ZET6芯片为144脚芯片，包括7个通用目的的输入/输出口（GPIO）组，分别为GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG。同时每组GPIO口组有16个GPIO口。通常简略称为PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx，其中x为0-15。

STM32的大部分引脚除了当GPIO使用之外，还可以复用为外设功能引脚（比如串口）。

二、GPIO的基本结构
每个GPIO内部都有这样的一个电路结构

保护二极管：IO引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。当引脚电压高于VDD时，上方的二极管导通；当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。但是尽管如此，还是不能直接外接大功率器件，须加大功率及隔离电路驱动，防止烧坏芯片或者外接器件无法正常工作。

P-MOS管和N-MOS管：由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。

TTL肖特基触发器：信号经过触发器后，模拟信号转化为0和1的数字信号。但是，当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时，用其“模拟输入”功能，此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。ADC外设要采集到的原始的模拟信号。

这里需要注意的是，在查看《STM32中文参考手册V10》中的GPIO的表格时，会看到有“FT”一列，这代表着这个GPIO口时兼容3.3V和5V的；如果没有标注“FT”，就代表着不兼容5V。

三、STM32的GPIO工作方式
GPIO支持：
4种输入模式
模拟输入、浮空输入、上拉输入、下拉输入

GPIO_Mode_AIN 模拟输入
GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
GPIO_Mode_IPU 上拉输入
GPIO_Mode_IPD 下拉输入

4种输出模式
开漏输出、推挽输出、复用开漏输出、复用推挽输出

GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出
同时，GPIO还支持3种最大翻转速度
2MHz、10MHz、50MHz
每个I/O口可以自由编程，但I/O口寄存器必须按32位字被访问。

* n& L* V/ p. B- {; k5 H5 d四、STM32的GPIO输入模式详解
1、浮空输入模式

浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，I/O的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

2、上拉输入模式

上拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在高电平；并且在I/O端口输入为低电平的时候，输入端的电平也还是低电平。

3、下拉输入模式

下拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在低电平；并且在I/O端口输入为高电平的时候，输入端的电平也还是高电平。

4、模拟输入模式
模拟输入模式下，I/O端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块，比如ADC模块等等。

五、STM32的GPIO输出模式详解
1、开漏输出模式

开漏输出模式下，通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经N-MOS管，最终输出到I/O端口。这里要注意N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就不会由输出的高低电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定；当设置输出的值为低电平的时候，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就是低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，I/O端口的电平不一定是输出的电平。

2、开漏复用输出模式