(菜鳥筆記)STM32配置GPIO時(shí)對(duì)內(nèi)部硬件的‘開與關(guān)’

ID:104497 · 發(fā)表于 2021-2-7 11:02

說心里話，STM32 GPIO的配置操作并不比51單片機(jī)復(fù)雜多少，但不同的應(yīng)用場(chǎng)景可能會(huì)涉及到需要了解IO配置過程中更深入的細(xì)節(jié)，比方說內(nèi)部施密特觸發(fā)器的通斷到底如何控制，復(fù)用信號(hào)又是如何送到IO口上的，等等。
這些操作在手冊(cè)上都說到了，但個(gè)人覺得這些知識(shí)點(diǎn)比較分散，不利于初學(xué)者掌握其中的細(xì)微之處，所以我想把GPIO配置的控制邏輯梳理了一下，看看寄存器哪些位的哪些配置值都干了哪些事兒，‘接通’或‘?dāng)嚅_’了內(nèi)部的哪些硬件。
下圖是GPIO基本結(jié)構(gòu)圖。
為清晰表達(dá)出內(nèi)部構(gòu)件被使能或禁能，我使用了‘開關(guān)’概念，當(dāng)然，實(shí)際它們不會(huì)真的是一些硬件開關(guān)，而是為了表達(dá)邏輯1、0狀態(tài)。
圖7.jpg

1、通用輸入模式配置（以PA3為例）
圖8.jpg

將PA3配置成輸入模式的前提是GPIOA_CRL的MODE3[1：0]＝00。
如果想把它配置成模擬輸入用于ADC，那就在GPIOA_CRL的CNF3[1：0]寫入00。
因?yàn)镾TM32F沒有復(fù)用輸入模式，所以要想把它配置成復(fù)用輸入U(xiǎn)SART2_RX，要么是讓CNF3[1：0]＝01使PA3成為浮空輸入模式；要么是讓CNF3[1：0]＝10配置成內(nèi)部弱上拉輸入模式，但必須在此前加上一條對(duì)GPIOA_ODR的ODR3＝1的操作。
這是一個(gè)很有趣也很費(fèi)解的操作，既然是配置輸入，怎么又跟輸出寄存器扯上關(guān)系了呢？請(qǐng)看手冊(cè)上的說明：
圖9.jpg

既然配置成輸入時(shí)輸出緩沖器已經(jīng)被關(guān)閉，那么ODR3的寫1操作就一定不是指向末端的PMOS和NMOS管�？隙ㄓ幸粋€(gè)內(nèi)部邏輯，使ODR3關(guān)聯(lián)到上拉及下拉電阻開關(guān)。至于這個(gè)邏輯到底是個(gè)啥樣的硬件，官方?jīng)]說，咱們也不好意細(xì)問。知道有這么回事兒，別在配置上下拉輸入時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤就行了。
如果PA3配置成了復(fù)用輸入U(xiǎn)SART2_RX，讀GPIOA_IDR的IDR3是允許的，而且讀回來的就是PA3當(dāng)前的邏輯狀態(tài)，因?yàn)锳PB2的時(shí)鐘會(huì)采樣PA3，除了送到USART2模塊的RX以外，還鎖存到GPIOA_IDR的IDR3上。此時(shí)要閑著沒事兒非得讀一下GPIOA_ODR的ODR3，操作上也是允許的，但似乎也沒啥實(shí)際意義，因?yàn)樽x回去的位狀態(tài)是之前對(duì)ODR3的最后一次寫入值。
如果PA3配置成了模擬輸入，施密特觸發(fā)器就會(huì)被斷開，讀IDR3就不再是PA3的數(shù)據(jù)了。
2、通用輸出模式配置（以PA2為例）
圖10.jpg

將PA2配置成輸出模式的前提是GPIOA_CRL的MODE2[1：0]＝01、10或11。
由于在輸出模式下施密特觸發(fā)器一直是被打開的，每個(gè)APB2時(shí)鐘也像輸入模式一樣把PA2鎖存到GPIOA_IDR的IDR2，所以此時(shí)讀GPIOA_IDR能夠返回PA2當(dāng)前的輸出邏輯狀態(tài)，但這可不是說此時(shí)PA2又可以當(dāng)成輸入口使用，尤其是處于推挽輸出模式下，PA2外面的信號(hào)是進(jìn)不來的。在開漏模式下，倒是可以把PA2當(dāng)成輸入，這一點(diǎn)在下面會(huì)有描述。
還有一點(diǎn)值得注意，如果想把PA2配置成USART2_TX，那就必須將它配置成復(fù)用推挽或復(fù)用開漏輸出模式，千萬(wàn)不能讓CNF2[1：0]＝00（通用推挽）或01（通用開漏），否則USART2_TX送不到PA2上，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候‘復(fù)用/通用切換開關(guān)’是指向GPIOA_ODR的ODR2位而不是指向USART2_TX。
3、輸入輸出模式配置（以PB11為例）
有的時(shí)候需要將某個(gè)引腳當(dāng)成IO口使用，比方說用PB11模擬I2C的SDA口線。
請(qǐng)注意，這里說的是‘模擬’SDA，而不是把PB11配置成復(fù)用的I2C2 SDA口。
咱們都知道，SDA線上必須外加上拉電阻，到底是為啥就不多說了。
作為模擬的SDA，有一繁一簡(jiǎn)兩個(gè)方法：需要PB11送數(shù)就把它配置成通用輸出模式，回頭又需要它收數(shù)了再配置成輸入模式，在理論上這種方式是可行的，但切來切去的也真夠麻煩。
簡(jiǎn)單的方法就是把PB11配置成通用開漏輸出模式，輸出時(shí)自不必說，當(dāng)輸入時(shí)只要先在ODR11寫個(gè)1就行了。
圖11.jpg

此時(shí)PB11是通用開漏模式，輸出端的PMOS被禁用，在ODR11上寫1并不能打開這個(gè)MOS管，而NMOS的驅(qū)動(dòng)邏輯是0，所以這個(gè)MOS管也會(huì)被斷開。但由于此時(shí)施密特觸發(fā)器是接通的，所以引腳上的信號(hào)會(huì)被APB2時(shí)鐘采樣和鎖存，讀取IDR11就可以獲取PB11的輸入數(shù)據(jù)。這種在端口鎖存上寫1變輸入的方式與51單片機(jī)準(zhǔn)輸入IO口的操作是一樣的。
上面說的是模擬I2C，如果是直接啟用復(fù)用功能那就不用這么麻煩了，人家早就把相關(guān)的邏輯操作搞得妥妥的了。按照手冊(cè)上的說明，只需將PB11配置成復(fù)用開漏就一切OK。

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