STM32 GPIO工作原理

STM32 GPIO工作原理

STM32引脚说明

STM32F103ZET6：

共有7组IO口，每组IO口有16个IO-—共16X7=112个IO

编号为：GPIOA，GPIOB……GPIOG，从A到G刚好7组

STM32F103RCT6：

共有4组IO口，共16X3+3 = 51个IO

编号为：GPIOA0 ~ GPIOA15

​ GPIOB0 ~ GPIOB15

​ GPIOC0 ~ GPIOC15

​ GPIOD0 ~ GPIOD2

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

在STM32F103ZET6的数据手册中可以看到GPIO说明表，表中的 I/O Level 项带有FT表示该引脚容忍5V，也就说虽然引脚输入输出3.3V，但你输入一个5V，引脚也可以判断为高电平，没带FT标志的说明该引脚不容忍5V

GPIO的工作方式

4种输入模式:

1.输入浮空

2.输入上拉

与输入浮空差不多，只是上拉电阻开关接通，接到了VDD，上拉电阻手册说明为30~50K

3.输入下拉

下拉电阻的开关接通，电平信号输入与浮空输入的类似，只不过经过了下拉电阻

4.模拟输入

多用于DA转换，将外部的电压转为内部能识别的数字信号

4种输出模式:

1.开漏输出

CPU往位设置寄存器写入1，则高电平1来到输出控制电路这里，N-MOS管不会导通，此时IO端口的电平状态由外部的上拉或者下拉决定，可能为高电平也可能为低电平；同时IO端口的状态可以被读取，通过虚线的电路被CPU读取，此时读取的并不一定是CPU输出的高电平1，而是外部的状态

CPU如果往位设置寄存器写入0，则低电平0来到输出控制寄存器，N-MOS管导通，IO端口与VSS导通，而VSS是电路公共地端电压，一般接GND，所以IO端口就输出低电平0；同时CPU读取时端口状态就是自己输出的低电平0

2.开漏复用输出

与开漏输出类似，不过电平不是由CPU输出，而是由来自片上的外设模块输出

3.推挽输出

CPU往位设置寄存器写入1，则来到输出控制电路这里，P-MOS管导通，N-MOS管截止，IO端口接到VDD，IO口输出高电平1

CPU往位设置寄存器写入0，则来到输出控制电路这里，N-MOS管导通，P-MOS管截止，IO端口接到VSS，而VSS是接GND的，IO口输出低电平0

4.推挽复用输出

与推挽输出逻辑一样，只不过不是由CPU输出电平，而片上外设模块输出电平

注意：

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)

开漏输出一般作为信号输出，比如给模块一个使能信号；

推挽输出一般作为驱动信号，比如驱动一个灯，但只有20mA的电流，如果要驱动蜂鸣器这样的，需要加三极管

F1系列没有专门设置输入上拉或者下拉的寄存器，属于伪上/下拉

在F4系列里面就有专门的寄存器设置。

3种最大翻转速度:

2MHZ

10MHZ

50MHZ

GPIO相关配置寄存器

每组GPIO端口的寄存器包括:

两个32位配置寄存器(GPIOx_CRL , GPIOx_CRH)；

两个32位数据寄存器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)；

一个32位置位/复位寄存器(GPIOx_ BSRR)；

一个16位复位寄存器(GPIOx_ BRR)；

一个32位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)。

每个I/O端口位可以自由编程，然而I/O端口寄存器必须按32位字被访问（不允许半字或字节访问）。

端口配置低寄存器（GPIOx_CRL）、端口配置高寄存器（GPIOx_CRH）

配置寄存器比较好理解，STM32的引脚分为了7组，GPIOA、GPIOB、GPIOC……GPIOG，每一组都有端口配置低寄存器（GPIOx_CRL）,x就代表A、B、C……G，后面的端口配置高寄存器也是这样；

那每一组有16个IO口，每个IO的配置需要4位来完成，因为STM32一次性只能处理32位的数据，所以GPIOx_CRL就只有32位（0 ~ 31）；32 / 4 = 8，只能配置8个IO口，那这个组还剩8个IO口怎么办，就只能再用一个端口配置高寄存器（GPIOx_CRH）来进行配置

总结：CRL/CRH每四个位控制一个IO口，CRL控制标号0-7的口，CRH控制标号8-15的口

端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR) (x=A…E)

IDR寄存器低16位，每个位控制该组IO的一个IO口，对应的是IO口的输入电平

端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR) (x=A…E)

ODR寄存器跟IDR相反，是控制IO口输出。低16位每个位控制一个IO口的输出电平高或低

端口位设置/清除寄存器(GPIOx_BSRR) (x=A…E)

BSRR寄存器低16位，对应位设置为1，那么IO口输出为高电平，对应位设置为0，对应IO口不产生任何影响。高16位作用相反。

该寄存器可以用来设置IO口为高电平1，也可用来清除IO口为低电平0

端口位清除寄存器(GPIOx_BRR) (x=A…E)

清除IO口的电平，该寄存器只能清除，不能设置，看名字就知道

端口复用功能

STM32的大部分端口都具有复用功能。

所谓复用，就是一些端口不仅仅可以做为通用IO口，还可以复用为一些外设引脚，比如PA9 、PA10可以复用为STM32的串口1引脚。

作用：最大限度的利用端口资源

端口重映射功能

就是可以把某些功能引脚映射到其他引脚。

比如串口1默认引脚是PA9,PA10，可以通过配置重映射映射到PB6，PB7

作用：方便布线

例如：USART1_TX默认复用到PA9，USART1_RX默认复用到PA10，可以通过重映射，将USART1_TX映射到PB6，将USART1_RX映射到PB7

STM32 所有IO口都可以作为中断输入

标准库GPIO相关函数功能简介