
前言2 v3 w, t/ {/ K) u, h/ \ 本文档主要讲解了STM32F4系列的芯片,起始M3系列的GPIO也类似8 s* v" _% A: V* P( u ) k# J1 y0 F, X 主要参考的资料0 Y6 B0 T# d* D- B 1、STM32F4系列的中文参考手册2 l" F( ?6 d9 _2 W 2、SM32F407ZGT6的数据手册; i$ m; [" a2 |" s! _. q 3、正点原子的STM32F4开发指南(寄存器版本)8 ~ d9 N6 S7 w- Q: t1 f5 y3 a 一、引脚说明 f6 b) P, x6 a 这里对STM32F407ZGT6的IO口进行说明) C. D$ E$ }. L k* g5 i ![]() ; ?3 X2 u/ e0 m, u8 b+ o STM32F407ZGT6:一共有7组IO;每组16个IO;一共112个IO,外加PH0/PH1共114个IO a6 E) W5 E3 }, a, e GPIOA——GPIOG、PH0、PH19 k1 D# N2 R" o* i0 g1 E 0 ?( g2 k) p1 B# o: E! s) g3 E( D6 Q 在数据手册可以查看引脚的功能 比如搜查PA9,可以看到其处理可以用作IO口输入输出以外还可以复用为其他功能比如定时器TIM1,以及重映射如OTG;查看FT表示支持5V输入输出(M4大部分都支持)。 0 |( y4 R( v, p: L ![]() 所有IO都可以作为中断输入 # ^/ ~" f$ E; ~: S/ W/ s1 A$ K4 l+ ` + e s0 Q3 y4 ~2 o- o 二、GPIO的工作模式( w. E3 i; x( w% s; C- g1 C9 L2 c9 Q 2.1 GPIO工作方式- O- v5 T' Z! ^8 f1 J; d4 J; z. q 4种输入模式:输入浮空、输入上拉、输入下拉、模拟输入 4种输出模式:开漏输出、复用开漏输出、推挽式输出、复用推挽式输出(均可带上拉或下拉) 4种输出速度:2M、25、50、100MHz(M4独有) 推挽输出: 可以输出强高低电平,连接数字器件 开漏输出: 只可以输出强低电平,高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内) 上电复位后,GPIO默认为浮空状态,部分特殊功能引脚为特定状态。! m' M# N- G5 M/ S6 C# Q8 Y3 z ![]() 2.2 GPIO基本结构6 x. f! U/ x4 e- p1 Y (1)M3和M4的IO口的结构区别 相比M3,M4将输入的上拉下拉电阻移到了外面,使输出也具有了上拉下拉的功能。 1 `: e+ r6 X9 d' d ![]() ![]() (2)输入输出结构 ( H& d1 m" a6 K6 n. D6 c3 e6 Y 由于输入模式比较简单这里不进行详细说明。输出使用的F1的图,将上下拉移到外面就是F4。 开漏输出模式 因此只有NMOS管使能,输出为0的时候IO的状态才能确定是0;而输出为1的时候IO口的状态是由外面的上下拉决定的。 ![]() 复用开漏输出模式5 z5 M) Y3 k* p. ?8 m6 a. W3 m ![]() 1 Y% [1 w9 ]4 j7 X0 _& R8 F 推挽输出模式2 ?! C) B7 c: p) K' x: i 输出的状态就是IO口的状态。 # C8 w4 ~% x" _- x! m% b% g" _- c ![]() 8 C( T( H& v- D( _# n7 X0 K 复用推挽输出模式 u! W$ L( t7 g6 H7 G ![]() * _. b3 Y, ~4 q5 e 三、GPIO的相关配置! @# P' a1 n$ H2 E 每组IO口下含有10个及寄存器,一共可以控制16个IO口。) O3 M; j# T$ u3 Y * @5 f% Y c) U+ r, X ![]() ![]() 1 l$ ]" N. ] Y$ m, B1 a' M 3.1 端口模式寄存器(GPIOx_MODER); ]; O% b# V5 G5 w 每组16个IO口,32位寄存器,每个IO口占2位,也就是有4种状态可以配置2 r1 U1 X7 @# X! K8 Z $ P( N" X( W; I ![]() 3.2 端口输出类型寄存器(GPIOx_OTYPER)' P$ e% b) a& K$ p1 d 高16位没有到,只用到了低16位,每个IO口有两个状态5 Z) C3 J, P% M8 Q! V; P. ~* O6 @ ![]() 3.3 端口输出速度寄存器(GPIOx_OSPEEDR): k5 \" b3 l* R: J* o 每个IO口占两位,即4种状态2/25/50/100MHz ![]() 3.4 端口上下拉寄存器(GPIOx_PUPDR) 8 \, B$ m8 O) P; } ![]() 8 q* h" B6 @/ }- R( N 3.5 端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR) & A3 i2 C5 D4 d! M. _ ![]() ) Q- `# k9 ?; F! \/ O' G/ } 7 N: U& h$ D: X+ H5 l$ k 3.6 端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR) 8 o8 p- r3 K9 J2 t ' x$ ]% k* V0 g# S6 t# a ![]() A8 l d% d M& R5 s- z( P 3.7 端口置位、复位寄存器(GPIOx_BSRR) ; N p; i$ W+ i9 ^7 s+ V: ]% G ![]() 3.8 端口配置锁定寄存器(GPIOx_LCKR)( @1 q* V; H2 _- [* ^3 b ![]() ![]() 3.9 复用功能(高低位)寄存器(GPIOx_AFRH/L) , N9 y! P/ y! S, r5 w, r" w% u& r " A* E9 A9 n7 ^5 S ![]() ! q. V' Z1 t1 L! O" u7 W' X ![]() 四、GPIO端口八种模式的区别, }- Q. G$ h. Q (1)GPIO_Mode_AIN 模拟输入 (2)GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入8 C. L* l% ~( s! i8 x (3)GPIO_Mode_IPD 下拉输入 (4)GPIO_Mode_IPU 上拉输入 (5)GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出 (6)GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出 (7)GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出1 @8 y- {, M+ B) p6 `& L (8)GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出% s! X2 H7 _' [ 平时接触的最多的也就是推挽输出、开漏输出、上拉输入这三种 4.1 IO口输出的速度; F$ [+ u3 @$ C1 U( e I/O口的输出模式下,有3种输出速度可选(2MHz、10MHz和50MHz),这个速度是指I/O口驱动电路的响应速度而不是输出信号的速度,输出信号的速度与程序有关(芯片内部在I/O口 的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路,用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路)。通过选择速度来选择不同的输出驱动模块,达到最佳的噪声 控制和降低功耗的目的。高频的驱动电路,噪声也高,当不需要高的输出频率时,请选用低频驱动电路,这样非常有利于提高系统的EMI性能。当然如果要输出较高频率的信号,但却选用了较低频率的驱动模块,很可能会得到失真的输出信号。 关键是GPIO的引脚速度跟应用匹配(推荐10倍以上?)。 1.1.1 对于串口,假如最大波特率只需115.2k,那么用2M的GPIO的引脚速度就够了,既省电也噪声小。# Z/ \# @2 k3 R- [# q 1.1.2 对于I2C接口,假如使用400k波特率,若想把余量留大些,那么用2M的GPIO的引脚速度或许不够,这时可以选用10M的GPIO引脚速度。 1.1.3 对于SPI接口,假如使用18M或9M波特率,用10M的GPIO的引脚速度显然不够了,需要选用50M的GPIO的引脚速度。0 ^& Z: P1 ^, S( `2 e* ? 1.2 GPIO口设为输入时,输出驱动电路与端口是断开,所以输出速度配置无意义。 1.3 在复位期间和刚复位后,复用功能未开启,I/O端口被配置成浮空输入模式。 1.4 所有端口都有外部中断能力。为了使用外部中断线,端口必须配置成输入模式。 1.5 GPIO口的配置具有上锁功能,当配置好GPIO口后,可以通过程序锁住配置组合,直到下次芯片复位才能解锁。 1 c6 d: e2 Y7 P" Z$ K9 Q 4.2 推挽输出与开漏输出的区别. H# P4 u" D- M/ W8 I0 b) s 简单来说开漏是0的时候接GND 1的时候浮空 推挽是0的时候接GND 1的时候接VCC, ?4 }# H3 h$ r8 n! [: s : f, g" D) @% w4 \ ![]() # o5 X0 y$ ?9 m: m, d (1)推挽输出 可以输出高,低电平,连接数字器件;推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源指定$ ~6 J+ Y0 c( U: F# b 9 [' ~% v" ~9 _% j+ H* Y$ ^ 要实现线与需要用OC(open collector)门电路.是两个参数相同的三极管或MOSFET,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时,两只对称的功率开关管每次只有一个导通,所以导通损耗小,效率高。输出既可以向负载灌电流,也可以从负载抽取电流 推挽模式:输出 0 时,N-MOS 导通,P-MOS 高阻 ,输出0。 输出 1 时,N-MOS 高阻,P-MOS 导通,输出1(不需要外部上拉电路)。5 k/ G' q1 k9 n! _; S; ^ . L9 [+ l; u8 D/ c 推挽电路是两个参数相同的三极管或 MOSFET, 以推挽方式存在于电路中 , 各负责正负半周的波形放大任 务 , 电路工作时,两只对称的功率开关管每次只有一个导通,所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流,也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力,又提高开关速度。 复合互补推挽式OTL功率放大电路 / W7 y) F8 T# r (2)开漏输出 输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内).7 D1 f8 O& f" m! k- G- s6 G3 S5 m 开漏模式:输出 0 时,N-MOS 导通,P-MOS 不被激活,输出0。输出 1 时,N-MOS 高阻, P-MOS 不被激活,输出1(需要外部上拉电路);此模式可以把端口作为双向IO使用。9 X+ e" e# R4 b B4 P2 a # w6 G& {* I7 z 开漏形式电路的特点: 1. 利用外部电路的驱动能力,减少 IC 内部的驱动。当 IC 内部 MOSFET 导通时,驱动电流是从外部的VCC 流经 R pull-up , MOSFET 到 GND 。 IC 内部仅需很下的栅极驱动电流。 2. 一般来说,开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的,因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时, 只能输出低电平,如果需要同时具备输出高电平的功能,则需要接上拉电阻,很好的一个优点是通过改变 上拉电源的电压,便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以提供 TTL/CMOS 电平输出等。( 上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度 。阻值越大,速度越低功耗越小,所以负载电阻的选择要兼顾 功耗和速度。 )% r; o, H A# H+ }. Y- A% n 3. OPEN-DRAIN 提供了灵活的输出方式,但是也有其弱点,就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通 过外接上拉无源电阻对负载充电,所以当电阻选择小时延时就小,但功耗大;反之延时大功耗小。所以如 果对延时有要求,则建议用下降沿输出。 4. 可以将多个开漏输出的 Pin ,连接到一条线上。通过一只上拉电阻,在不增加任何器件的情况下,形成 “ 与逻辑 ” 关系。这也是 I2C , SMBus 等总线判断总线占用状态的原理。补充:什么是 “ 线与 ” ?: 在一个结点 ( 线 ) 上 , 连接一个上拉电阻到电源 VCC 或 VDD 和 n 个 NPN 或 NMOS 晶体管的集电 极 C 或漏极 D, 这些晶体管的发射极 E 或源极 S 都接到地线上 , 只要有一个晶体管饱和 , 这个结点 ( 线 ) 就被拉到地线电平上 . 因为这些晶体管的基极注入电流 (NPN) 或栅极加上高电平 (NMOS), 晶体管就会 饱和 , 所以这些基极或栅极对这个结点 ( 线 ) 的关系是或非 NOR 逻辑 . 如果这个结点后面加一个反相 器 , 就是或 OR 逻辑 . 其实可以简单的理解为:在所有引脚连在一起时,外接一上拉电阻,如果有一个引脚输出为逻辑 0 ,相当 于接地,与之并联的回路 “ 相当于被一根导线短路 ” ,所以外电路逻辑电平便为 0 ,只有都为高电平时,与 的结果才为逻辑 14 R/ @9 Z: v7 C4 A4 ^' s 6 M9 g1 n3 P; t( V5 k+ k' `5 Y 4.3 IO口工作模式的选择: _' U" E$ O" W+ z% S# | (1) 浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入,可以做KEY识别,RX1' L# ] O6 E4 w7 U+ @2 z5 @2 H (2)带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入 (3)带下拉输入_IPD—— IO内部下拉电阻输入 (4)模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入,或者低功耗下省电" N, ?) \6 j9 W6 i6 I9 L (5)开漏输出_OUT_OD ——IO输出0接GND,IO输出1,悬空,需要外接上拉电阻,才能实现输出高电平。当输出为1时,IO口的状态由上拉电阻拉高电平,但由于是开漏输出模式,这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变 。可以读IO输入电平变化,实现C51的IO双向功能2 B2 i! l+ U/ e3 c" h6 p (6)推挽输出_OUT_PP ——IO输出0-接GND, IO输出1 -接VCC,读输入值是未知的3 v7 }1 `% [# V( [* W/ m (7)复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能(I2C的SCL,SDA) (8)复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能(TX1,MOSI,MISO.SCK.SS) ( |' u$ H7 r h9 B# \ STM32设置实例: o0 B: I% ]6 R' l* T: h ( 1 )模拟 I2C 使用开漏输出 _OUT_OD ,接上拉电阻,能够正确输出 0 和 1 ;读值时先/ C! ?$ R( L4 F/ [) D$ y GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0) ;拉高,然后可以读 IO 的值;使用. D4 X; V5 a# I% J) v7 t3 k% @6 z2 [ S GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0) ;6 k9 `3 ]& C Y; A. u% e5 ] ( 2 )如果是无上拉电阻, IO 默认是高电平;需要读取 IO 的值,可以使用带上拉输入 _IPU 和浮空输入 _IN_FLOATING 和开漏输出 _OUT_OD ;+ B( O+ P7 k7 i( I , k' o6 o6 J8 G) n4 D9 Q. \* G STM32IO口配置方式: 1 )作为普通 GPIO 输入:根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入,同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。7 j" }2 u1 B* K3 C j1 ~ 2 )作为普通 GPIO 输出:根据需要配置该引脚为推挽输出或开漏输出,同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。- b6 q9 F6 J' E 3 )作为普通模拟输入:配置该引脚为模拟输入模式,同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。 4 )作为内置外设的输入:根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入,同时使能该引脚对应的某个复用功能模块。+ W i+ n# y6 @. D& { 5 )作为内置外设的输出:根据需要配置该引脚为复用推挽输出或复用开漏输出,同时使能该引脚对应的所有复用功能模块 注意如果有多个复用功能模块对应同一个引脚,只能使能其中之一,其它模块保持非使能状态。 stm32 复位后,IO 端口处于输入浮空状态. JTAG 引脚复位以后,处于上拉或者下拉状态.- O' c6 i0 y: Y2 C% Z4 S7 ]0 ? 所有 IO 端口都具有外部中断能力,端口必须配置成输入模式,才能使用外部中断功能 5 w, B% Q0 U& Q8 h1 A% m+ k2 n 4.4 IO口复用功能配置3 Q. L0 s7 c# m) e 对于复用功能输入 , 端口可以配置成任意输入模式或者复用功能输出模式 . 对于复用功能输出 , 端口必须配置成复用功能输出8 A1 J) N* W/ L! ]) X& [# z i7 _ 对于双向复用功能 , 端口必须配置成复用功能输出 stm32 的部分 IO 端口的复用功能可以重新映射成另外的复用功能 .. w P9 W) b4 b4 V4 s) h. f) b1 E0 I2 J stm32 具有 GPIO 锁定机制 , 即锁定 GPIO 配置 , 下次复位前不能再修改 .+ Q7 f7 M) h9 V) d' z3 P 当 LSE 振荡器关闭时 ,OSC32_IN 和 OSC32_OUT 可以用作通用 IO PC14 和 PC15.! Q- `& d% P% K9 P 当进入待机模式或者备份域由 Vbat 供电 ,PC14,PC15 功能丢失 , 该两个 IO 口线设置为模拟输入功能 . OSC_IN 和 OSC_OUT 可以重新映射为 GPIO PD0,PD1. 注意 PD0,PD1 用于输出地时候仅能用于 50MHz 输出模式 .* F" v9 a4 s5 M; z 注意 ![]() ———————————————— 版权声明:追逐者-桥/ r; ?+ b# b' Z, k, ? |
【2025·STM32峰会】GUI解决方案实训分享1-对LVGL咖啡机例程的牛刀小试以及问题排查
OpenBLT移植到STM32F405开发板
为什么要先开启STM32外设时钟?
【STM32MP157】从ST官方例程中分析RPMsg-TTY/SDB核间通信的使用方法
【经验分享】STM32实例-RTC实时时钟实验④-获取RTC时间函数与中断服务函数
STM32 以太网 MAC Loopback 的实现
STM32功能安全设计包,助力产品功能安全认证
基于STM32启动过程startup_xxxx.s文件经验分享
HRTIM 指南
ST 微控制器电磁兼容性 (EMC) 设计指南