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    论坛推荐:nbsp;STM32学习笔记——GPIO口的使用

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    发表于 2016-8-31 09:19:51 | 显示全部楼层 |阅读模式


                                一、GPIO口简介1、   GPIO口输入输出模式1.1 一般来说STM32的输入输出管脚有以下8种配置方式:输入① 浮空输入_IN_FLOATING  ——浮空输入,可以做KEY识别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,或者低功耗下省电输出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。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。复用输出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)2、输入输出模式详解一般我们平时用的最多的也就是推挽输出、开漏输出、上拉输入,介绍如下:2.1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的电源低定。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。2.2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)开漏形式的电路有以下几个特点: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内部仅需很小的栅极驱动电流。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。关于推挽输出和开漏输出,最后概括一下: 该图中左边的便是推挽输出模式,其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止,而上面NPN三极管导通,输出电平VS ;当比较器输出低电平时则恰恰相反,PNP三极管导通,输出和地相连,为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式,需要接上拉。2.3浮空输入 :对于浮空输入,一直没找到很权威的解释,只好从以下图中去理解了。 2.4  上拉输入/下拉输入/模拟输入:这几个概念很好理解,从字面便能轻易读懂。2.5  复用开漏输出、复用推挽输出:可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况(即并非作为通用IO口使用)二、GPIO口配置1、根据具体应用配置为输入或输出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。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。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。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。2、输出模式下,配置速度I/O口输出模式下,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。2.1     对于串口,假如最大波特率只需115.2k,那么用2M的GPIO的引脚速就够了,既省电也噪声小。2.2    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。2.3    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。3、GPIO口初始化①使能GPIO口的时钟 ②配置模式设置(8种模式)    STM32的GPIO的时钟统一挂接在APB2上,具体的使能寄存器为RCC_APB2ENR该寄存器的第2位到第8位分别控制GPIOx(x=A,B,C,D,E,F,G)端口的时钟使能。如打开PORTA时钟  RCC-APB2ENR|=12;    /使能PORTA时钟如果把端口配置成复用输出功能,则还需开始复用端口时钟,并进行相应配置。  4、GPIO配置寄存器GPIO口配置是通过配置寄存器来进行的,每个GPIO 端口有:两个32位配置寄存器(GPIOx_CRL,GPIOx_CRH)分别控制每个端口的高八位和低八位。如果IO口是0-7号的话,则写CRL寄存器;如果IO口是8-15号的话,则写CRH寄存器。两个32位数据寄存器(GPIOx_IDR,GPIOx_ODR)一个是只读作输入数据寄存器,一个是只写作输出寄存器。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)。常用的IO端口寄存器只有四个:CRH,CRL,IDR,ODR。数据手册中列出的每个I/O端口的特定硬件特征。 GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式。每个I/O端口位可以自由编程,然而I/0端口寄存器必须按32位字被访问(不允许半字或字节访问)。 另外,STM32的每个端口使用前都要将其时钟使能,STM32的GPIO的时钟统一挂接在APB2上,具体的使能寄存器为RCC_APB2ENR,该寄存器的第2位到第8位分别控制GPIOx(x=A,B,C,D,E,F,G)端口的时钟使能,当外设时钟没有启用时,程序不能读出外设寄存器的数值,如打开PORTA时钟:  RCC-APB2ENR|=12;    /使能PORTA时钟总结一下GPIO功能:1、通用I/O(GPIO):最基本的功能,可以驱动LED、可以产生PWM、可以驱动蜂鸣器等等;2、单独的位设置或位清除:方便软体作业,程序简单。端口配置好以后只需GPIO_SetBits(GPIOx, GPIO_Pin_x)就可以实现对GPIOx的pinx位为高电平;3、所有端口都有外部中断能力:端口必须配置成输入模式,所有端口都有外部中断能力;4、复用功能(AF):复用功能的端口兼有IO功能等。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。5、 软件重新映射I/O复用功能:为了使不同器件封装的外设I/O 功能的数量达到最优,可以把一些复用功能重新映射到其他一些脚上。这可以通过软件配置相应的寄存器来完成。这时,复用功能就不再映射到它们的原始引脚上了。6、 GPIO锁定机制:当在一个端口位上执行了所定(LOCK)程序,在下一次复位之前,将不能再更改端口位的配置。5、GPIO寄存器详解参见《STM32F10X中文手册》GPIO基本设置GPIOMode_TypeDefGPIO mode    定义及偏移地址GPIO_Mode_AIN =0x0,     /模拟输入GPIO_Mode_IN_FLOATING= 0x04, /悬空输入GPIO_Mode_IPD =0x28,    /下拉输入GPIO_Mode_IPU =0x48,    /上拉输入GPIO_Mode_Out_OD =0x14, /开漏输出GPIO_Mode_Out_PP =0x10, /推挽输出GPIO_Mode_AF_OD =0x1C,   /开漏复用GPIO_Mode_AF_PP =0x18    /推挽复用GPIO输入输出速度选择:typedef enum{GPIO_Speed_10MHz =1,GPIO_Speed_2MHz,GPIO_Speed_50MHz}GPIOSpeed_TypeDef;#defineIS_GPIO_SPEED(SPEED) ((SPEED == GPIO_Speed_10MHz) ||(SPEED ==GPIO_Speed_2MHz) || (SPEED == GPIO_Speed_50MHz))6、GPIO输出的试验这里利用ST固件库,就不需要自己对照配置寄存器写代码,直接利用库函数,非常方便。main.c/*****************************************************************************

          *   main.c

          *   http:/www.veryarm.cn

          *   V1.0.0

          *   04-27-2013

          *

          *   http:/veryarm.taobao.com

        ******************************************************************************

          *

          *

          *

        *****************************************************************************/

        /* Includes ------------------------------------------------------------------*/

        #include stm32f10x.h

        #include led.h

        /* Private define------------------------------------------------------------*/

        /* Declare Private functions-------------------------------------------------*/

        void Delay(u32 d_time);

        /* Main functions------------------------------------------------------------*/

        int main(void)

        {

                 LED_Init();

                 while(1)

                 {

                          GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9);

                          Delay(3000000);

                          GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9);

                          Delay(3000000);

                 }

        }

        /* Define Private functions-------------------------------------------------*/

        void Delay(u32 d_time)

        {

                 for(;d_time0;d_time--);

        }

        /************************ (C) COPYRIGHTwww.veryarm.cn *********END OF FILE****/

        复制代码led.h#ifndef __LED_H

        #define __LED_H

        #includesys.h

        void  LED_Init(void);

        #endif

        复制代码led.c#includeled.h

        /LED IO初始化

        void LED_Init(void)

        {

               GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

               RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOF,ENABLE);

               GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9;

               GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_Out_PP;

               GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;

               GPIO_Init(GPIOF, GPIO_InitStructure);

               GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9);

        }

                                                                            阅读原文

                                                       


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