STM32入门-GPIO端口的八种工作模式_gpio的8种工作模式

一.GPIO的简介

GPIO general purpose input output是通用输入输出端口的简称简单来说就是软件可控制的引脚STM32芯片的GPIO引脚与外部设备连接起来从而实现与外部通讯、控制以及数据采集的功能。

1.引脚全是GPIO嘛
答案是否定的不是所有引脚都是GPIO

STM32F103VET6引脚图
STM32 芯片的 GPIO 被分成很多组每组有 16 个引脚如型号为 STM32F103VET6 型号的芯片有 GPIOA、GPIOB、GPIOC 至 GPIOE 共 5 组 GPIO例如GPIOA(PA0~PA15 16个引脚)芯片一共 100 个引脚其中GPIO 就占了一大部分所有的 GPIO 引脚都有基本的输入输出功能

这100个引脚中除了GPIO还有特殊功能的引脚例如复位引脚电源引脚…

2.GPIO的输入输出模式
GPIO可配置8种模式

• 输出模式下可控制端口的输出高低电平可用于驱动LED、控制蜂鸣器、模拟通信协议输出时序SPI I2C 等等
• 输入模式下可读取端口的高低电平或电压用于读取按键输入外接模块电平信号输入ADC电压采集、模拟通信协议接收数据SPI I2C 等等
  3.GPIO基本结构
  
  每个GPIO端口对应16个引脚例GPIOAPA0~PA15
  内核cpu就可以通过APB2总线对寄存器读写完成输出电平和读取电平的功能

二.GPIO功能框图

• 保护二极管

芯片的引脚电平0~3.3V部分引脚可以5V,引脚的两个保护二级管可以防止引脚外部过高或过低的电压输入
1.当引脚电压高于VDD 时上方的二极管导通

防止过高电压进入芯片内部烧坏芯片

2.当引脚电压低于 VSS 时下方的二极管导通

防止电压过低从芯片内部汲取电流

• 施密特触发器
  
  具有滤波的作用就是让通过的电平输出稳定的高低电平
  

三.GPIO的8种工作模式

1.浮空上拉下拉输入

在输入模式时施密特触发器打开输出被禁止可通过输入数据寄存器 GPIOx_IDR读取 I/O 状态。

由于电阻阻值很大这里的上拉下拉输入都是弱上拉 弱下拉为了对外部输入产生很大的影响

• 上拉输入给一个默认的高电平也就是说当没有外部输入时默认输入高电平
  

• 下拉输入给一个默认的低电平也就是说当没有外部输入时默认输入低电平
  

• 浮空输入如果输入引脚啥都不接此时输入电平极易受外界的干扰导致输入电平不确定完全由外部的输入决定。
  

2.模拟输入

这模式主要为片上外设ADC而配置从外部读取模拟信号

• 模拟信号测试信号未经过采样前均是时间和幅值均是连续的信号称为模拟信号例如连续变化的电压电流温度等等。

• 数字信号模拟信号经等间隔“采样”及幅值量化以后时间和幅值均是不连续的离散的信号,例如0 /1
  
  这里不需要经过施密特滤波人家本来就要连续变化的模拟量

3.推挽和开漏输出

● 施密特触发输入被激活
● 弱上拉和下拉电阻被禁止
● 出现在I/O脚上的数据在每个APB2时钟被采样到输入数据寄存器
● 在开漏模式时对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态
● 在推挽式模式时对输出数据寄存器的读访问得到最后一次写的值

除了模拟输入的这种模式会关闭数字输入功能其他七种模式都可以通过输入寄存器读取I/O状态例在模拟I2C实验中把GPIO的工作模式配置为开漏输出时同时也可以读取引脚电平状态现在不知道不要紧后面会详细讲解

在输出模式中推挽模式时双 MOS 管以轮流方式工作输出数据寄存器 GPIOx_ODR可控制 I/O 输出高低电平。开漏模式时只有 N-MOS 管工作输出数据寄存器可控制 I/O输出高阻态或低电平。

1.推挽输出

• 当输出寄存器输出高电平则引脚也输出高电平

• 当输出寄存器输出低电平则引脚也输出低电平
  
  2.开漏输出

• 当输出寄存器输出高电平则引脚输出高阻态
  

• 当输出寄存器输出低电平则引脚输出低电平

4.复用功能推挽开漏输出

复用功能模式中输出使能输出速度可配置可工作在开漏及推挽模式 但是输出信号源于其它外设
输出数据寄存器 GPIOx_ODR 无效输入可用通过输入数据寄存器可获取 I/O 实际状态但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号

这里以串口的发送TX和接收RX引脚为例

串口的发送引脚TX
串口的接收引脚RX

这里串口外设不知道是什么不要紧以后会细讲只要指到复用功能的推挽与开漏输出与普通的推挽与开漏输出只是输出的寄存器换成外设的寄存器

四.GPIO的寄存器

通过对 GPIO 寄存器写入不同的参数就可以改变 GPIO 的工作模式要了解具体寄存器时一定要查阅《STM32F10X-中文参考手册》中对应外设的寄存器说明。

端口配置低寄存器

在 GPIO 外设中控制端口高低控制寄存器 CRH 和 CRL 可以配置每个 GPIO 的工作模式和工作的速度每 4 个位控制一个 IOCRH 控制端口的高八位CRL 控制端口的低 8 位具体的看 CRH 和 CRL 的寄存器描述

端口配置低寄存器

端口输出寄存器

端口位设置/清除寄存器

端口位清除寄存器

端口位清除寄存器

总结

大家一定要把八种GPIO的模式都弄清楚原理为后面学习打下坚实的基础本文就到这里如果还有朋友对寄存器不了解的请看
什么是寄存器觉的本文对你有帮助就快点赞收藏叭

结束语
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