前言 本文档主要讲解了STM32F4系列的芯片,起始M3系列的GPIO也类似, H. Y- ^) o7 C: U& G! R 主要参考的资料: e+ l3 |" ~3 @% b+ t& b4 o0 @6 Q 1、STM32F4系列的中文参考手册 2、SM32F407ZGT6的数据手册' X7 f7 u" O7 t4 r. G9 U% Q 3、正点原子的STM32F4开发指南(寄存器版本) 一、引脚说明 这里对STM32F407ZGT6的IO口进行说明 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 * S: c1 u* n: G) W) i GPIOA——GPIOG、PH0、PH18 G; {1 a+ N, Q3 {1 T1 Z 在数据手册可以查看引脚的功能7 M- o0 b* E+ ?- |1 m) t9 C 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)。4 q) _# y: B: \ $ N+ \7 e* D7 k. M0 N7 c% q 所有IO都可以作为中断输入 ( B& ~& w# r$ F) V8 x 0 Y' ^ J+ R: ^ 二、GPIO的工作模式% W6 _: t5 j# B# M# n! p 2.1 GPIO工作方式& z! Z+ g) n _ m1 B0 o0 `' N' O- d 4种输入模式:输入浮空、输入上拉、输入下拉、模拟输入& Q$ s4 F' E M 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)0 |- d$ f9 ]% |6 O5 H8 i9 V# O) D 推挽输出: 可以输出强高低电平,连接数字器件( _# f- R. Y2 U 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。7 p4 r2 n _ x! b ! C6 A+ A& }: r' Z+ t* U 2.2 GPIO基本结构 (1)M3和M4的IO口的结构区别 + t; I' |3 S$ F! ~2 u 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。 + j u3 N/ U' H4 U : P2 t( N6 n* u4 i# r, F4 { (2)输入输出结构 # V6 B* g7 J. ?- f9 R 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。 1 f& C8 D1 U$ ~ 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。 / o1 L! n4 m! x% }1 b 复用开漏输出模式3 T* G. j3 q# f % |/ l0 B( c- ?0 j + ^7 [. I6 Y% b : O, k3 q' `! D6 ` 推挽输出模式 输出的状态就是IO口的状态。 % S& [! s% K! M! @2 M2 W/ L, H+ O9 w 复用推挽输出模式 " \! B6 H3 M5 i# V 2 v' X% j0 U) E. O- u3 U 三、GPIO的相关配置 每组IO口下含有10个及寄存器,一共可以控制16个IO口。 / x0 v/ H: @+ H0 k5 \; h ' S$ V/ O) U! a) l6 [; l 3.1 端口模式寄存器(GPIOx_MODER) 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 % B$ B) O6 R: @: B) u & q8 [0 k% H) r( b- D; v5 P; ^3 X 3.2 端口输出类型寄存器(GPIOx_OTYPER) 高16位没有到,只用到了低16位,每个IO口有两个状态 5 }5 v6 l% |& j 3.3 端口输出速度寄存器(GPIOx_OSPEEDR) 每个IO口占两位,即4种状态2/25/50/100MHz F7 a9 c( G$ |4 A. [6 ]3 [0 V; Z 3.4 端口上下拉寄存器(GPIOx_PUPDR)4 v' Q# t( u, u, T0 a 8 R1 e4 N5 J0 b5 ^ ! a8 C+ w! c3 T, Z# W$ I, I 3.5 端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR) 4 y. F) {; ^- k6 f9 J : |4 |& a# Z+ _; l8 ? s( ]# G9 T" |% \' P. w4 c 3.6 端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR) ) z7 x1 n) h% F1 k 4 A y9 s( C, d; X" s0 U 3.7 端口置位、复位寄存器(GPIOx_BSRR)8 O- l1 g3 B8 C( Y5 s 8 x! M7 o4 x1 l, o 3.8 端口配置锁定寄存器(GPIOx_LCKR) |3 a% {, s; K. k9 G/ j 3.9 复用功能(高低位)寄存器(GPIOx_AFRH/L) . f8 C9 G, z5 e* C4 \+ \ X / A* D, [- o. L2 c" O- k- F " {! [, |( d- w: f0 w* I 四、GPIO端口八种模式的区别# e% j4 q, `" g1 Y2 {) c2 F# [( u (1)GPIO_Mode_AIN 模拟输入 (2)GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入1 P |0 }& y! q5 B9 ~/ @- S8 W (3)GPIO_Mode_IPD 下拉输入 (4)GPIO_Mode_IPU 上拉输入/ Z+ Z2 E2 N7 m. z (5)GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出+ ~- R- B s1 q* V (6)GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出 (7)GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出 (8)GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出% i" f" q/ T) `" q0 P. ^0 S5 R F 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/ M/ W9 d1 U$ S9 ]' ?0 D 4.1 IO口输出的速度, s4 w3 I" v$ y9 v 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。 ) k. W. d. i& P9 F# U* L0 v3 E8 k 关键是GPIO的引脚速度跟应用匹配(推荐10倍以上?)。5 ^- v! K# F9 o, m* z 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。. }5 ~ _. X8 D4 G7 q: E: n. e/ ~ b 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。 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。! M" b% R2 I# k) t/ w" g 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。% w/ m- f# \9 D+ @ 4.2 推挽输出与开漏输出的区别& f+ P7 A7 Y$ T: V, _+ j( @# E 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 (1)推挽输出( P/ J9 e1 ?5 W/ S0 U% W 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 - i+ ^3 S( e1 f9 Y5 V 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 - O2 _! o* d& z& y+ c: j 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)。 2 v: G) L: ^* g5 [- d 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 q) n' E& R3 P: }, j" ~7 ` (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)./ s' j R6 l: l; [ 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。 & @% ~+ F' K0 @( C; J4 [ 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。 ) 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 1- _& u9 H) W* t3 r& a * l6 h, R0 m( L9 B 4.3 IO口工作模式的选择 (1) 浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入,可以做KEY识别,RX1 (2)带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入' g ^' s2 W* d3 A5 a% U5 _& a (3)带下拉输入_IPD—— IO内部下拉电阻输入" f/ M+ R5 l$ A! f! \$ `# T (4)模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入,或者低功耗下省电 (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 O( V; G0 I9 n& F, ^& u& I1 J- s (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 (7)复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能(I2C的SCL,SDA): ?, t* Q a0 Q" w (8)复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能(TX1,MOSI,MISO.SCK.SS). Q5 [: A0 Q" g0 T7 D% K& { STM32设置实例:' `# K% J) J, [+ M/ o ( 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 GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0) ;拉高,然后可以读 IO 的值;使用3 I, J6 y) i6 M& d GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0) ; ( 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 ;3 h1 @6 m" l& T- l 4 ^+ @8 e7 `; i2 f# c" j4 H8 ` STM32IO口配置方式:* O3 w* W! e: ^0 w# y! } 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。' i2 I% U0 {4 y$ M" S 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。 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。+ w0 F$ v: n3 T. b 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。, K* B, d" e- _9 p% F2 S* {' ? 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! e* t' G7 n- O) }9 f/ t& @/ O 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.1 s8 ^" N8 A7 G+ M; m1 { 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3 w7 H- j9 c4 [ F/ d7 W! L4 | 3 D6 Q5 _4 A: S1 c' p3 f5 a$ V 4.4 IO口复用功能配置 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 对于双向复用功能 , 端口必须配置成复用功能输出6 a& K. c+ n' U. a q 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 .% h+ H$ J* t" v. l/ H: t* v3 m2 r stm32 具有 GPIO 锁定机制 , 即锁定 GPIO 配置 , 下次复位前不能再修改 . E! W! ~+ x- `2 x/ Y/ q0 k 当 LSE 振荡器关闭时 ,OSC32_IN 和 OSC32_OUT 可以用作通用 IO PC14 和 PC15.7 O8 @3 e8 D( B7 {6 D 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,PD1.8 Q' R4 b: e' S 注意 PD0,PD1 用于输出地时候仅能用于 50MHz 输出模式 .6 k7 a: T5 S0 D4 I7 f- U2 \+ L1 a 注意C13,PC14,PC15 只能用于 2MHz 的输出模式 ,, 最多只能带 30pf 的负载 , 并且同时只能使用一个引脚!!!!!!!!. r; y- y& p- _# i0 i' k ———————————————— 版权声明:追逐者-桥( V' P0 P5 O. q ' W& U! o% M8 ~: j( g |