STM32：GPIO功能描述和工作方式

一、STM32控制原理概要

IO端口位的基本结构

在STM32有特定功能的内存单元，即"寄存器"。寄存器是程序与硬件电路通信的桥梁。寄存器按照每32位二进制0/1数据为一组。存储着芯片特定电路的相关信息。我们就是通过程序对寄存器中的数据进行修改，可以改变某个电路的开关或者读写。控制单片机就是在控制寄存器

例如把PA7设置为高电平时，调用

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_SEt)

函数实际上就是对BSRR寄存器的第七个bit位设置成1.

 
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
  assert_param(IS_GPIO_PIN_ACTION(PinState));
 
  if (PinState != GPIO_PIN_RESET)
  {
    GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
  }
  else
  {
    GPIOx->BSRR = (uint32_t)GPIO_Pin << 16u;
  }
}

二、输出驱动器模块

在输出驱动器中，有两个被输出控制模块控制的两个MOS(金氧半场效晶体管),分别时P_MOS和N-MOS。这两个可以简化为两个建议开关。 VDD提供3.3V的高电平，VSS提供0V的低电平。

(1).推挽输出

        假设I/O外连接一个工作电压为3.3V的小灯，小灯另一端接地。那么在推挽输出模式下,P_MOS和N-MOS协同工作.。

• 当我们写程序控制此IO口输出高电平时，函数内部会对寄存器进行修改，使 P_MOS被激活，N-MOS被关闭，小灯两端形成3.3V电势差，小灯亮起。
• 当我们写程序控制此IO口输出低电平时，函数内部会对寄存器进行修改，使 P_MOS被关闭，N-MOS被激活，产生的电势差不足，小灯熄灭。

(2),开漏输出

        假设I/O外连接一个工作电压为5V的小灯，那么推挽输出怎样都无法使小灯亮起。在开楼模式下只有N-MOS工作，P-MOS一直处于断开状态。假设工作电压为5V的小灯在另外一端接入外部的5V的电势，VSS与5V形成电势差，那么小灯变可以亮起。开漏输出可以根据需求自行接入电压，更加灵活。

• 当我们写程序控制此IO口输出高电平时，函数内部会对寄存器进行修改，P_MOS被关闭，使 N-MOS被关闭，电路形成断路，小灯无法亮起。
• 当我们写程序控制此IO口输出低电平时，函数内部会对寄存器进行修改，P_MOS被关闭，使 N-MOS被激活，相当于IO口向内部一端有0V电势，另一端电势根据外部电路决定。

(3).复用推挽输出和开漏输出

根据电路上显示，输出控制模块实际上有两个控制指令的来源。一个是我们使用HAL_GPIO_WritePin函数控制的输出寄存器。另一个来自于片上外设。比如串口模块，I²C模块等。由于同时控制将会使输出控制模块指令混乱。因此STM32将这两种输出模式由细分为

• 普通推挽输出
• 普通开漏输出
• 复用推挽输出
• 复用开漏输出

三、输入驱动器模块

(1).普通输入模式

当电流从IO引脚接入时会经过一对上拉加拉电阻

• 当设置为上拉输入时，上拉电阻启用，VDD与IO引脚相连
• 当设置为下拉输入时，下拉电阻启用，VSS与IO引脚相连
• 当设置为浮空输入时，两个电阻都不启用

(2) TTL肖特基(施密特)触发器

电流继续往前走就会到达TTL肖特基(施密特)触发器。其作用是稳定电平。因为电流在实际应用中是会有波动的。如果在高低电平阈值附近上下波动,信号就会不断地变化造成不稳定。因此施密特触发器为了解决这个问题，分别设置了高电平阈值和低电平阈值。当处于低电平状态超过高电平阈值时就会变成高电平，当处于高电平时要低于低电平阈值时才会变成低电平。

最后电流通过施密特触发器便会进入到输入数据寄存器。等待我们用HAL_GPIO_ReadPin函数进行读取。

(3).模拟输入

在读出数据这条"主线"电路中有两个分支，分别是模拟输入和复用功能输入。模拟输入分支在到施密特触发器前就叉出去了，没有经过高低电平的调整。因此模拟输入接入的是电压的具体数值。复用功能输入在片上外设上使用，其他功能和普通输入模式一样,拿到的都是调整后的高低电平。