學(xué)習(xí)筆記-STM32F1 GPIO 工作原理（摘錄）

    這星期因工作比較繁忙，每天都很晚下班，剩余的時(shí)間少之又少。但這個(gè)星期過(guò)的非常充實(shí)，把自己的想要在不需要改動(dòng)任何代碼的情況下檢測(cè)并自動(dòng)適配底層驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思路得到驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)一套系統(tǒng)兼容多種不同的硬件設(shè)備，讓客戶在硬件上有多種組合選擇的余地。雖然還只是比較粗糙的框架，倘若繼續(xù)深入完善該設(shè)計(jì)，一定會(huì)讓我們公司的系統(tǒng)更加智能化，從而減輕軟件方面的負(fù)擔(dān)，提高工作效率，蠻有成就感的。說(shuō)的好像好高大上，哈哈。其實(shí)也就是一堆的函數(shù)指針指來(lái)指去的。越來(lái)越喜歡C了，喜歡這種不受束縛的實(shí)現(xiàn)自己想法的感覺(jué)。這次的實(shí)現(xiàn)，感覺(jué)仍有很多地方考慮的不夠周全，仍有很多瑕疵。不過(guò)重要的是得到了鍛煉，總體來(lái)說(shuō)，收獲蠻大的，

之前都是跳著學(xué)STM32，這次打算重新系統(tǒng)的去學(xué)，以下為學(xué)STM32時(shí)，看視頻、看書(shū)時(shí)，覺(jué)得比較好的部分，摘錄下來(lái)的內(nèi)容。方便查詢復(fù)習(xí)使用。

STM32F103ZET6：

1、一共有7組IO口 -> GPIOA ~ GPIOG

2、每組IO口有16個(gè)IO

3、一個(gè)16*7=112個(gè)IO口

STM32的大部分引腳除了當(dāng)GPIO使用外，還可以復(fù)用為外設(shè)功能引腳(如串口).

STM32共有8種模式：

4種輸入模式：

        浮空輸入模式（GPIO_Mode_IN_FLOATING）

        上拉輸入模式（GPIO_Mode_IPU）

        下拉輸入模式（GPIO_Mode_IPD）

        模擬輸入模式（GPIO_Mode_AIN）

4種輸出模式（反轉(zhuǎn)速度 2MHz、10MHz、50MHz）：

        普通推挽輸出模式（GPIO_Mode_Out_PP）

普通開(kāi)漏輸出模式（GPIO_Mode_Out_OD）

復(fù)用推挽輸出模式（GPIO_Mode_AF_PP）

復(fù)用開(kāi)漏輸出模式（GPIO_Mode_AF_OD）

輸入模式：

浮空輸入模式：

IO口的電平狀態(tài)經(jīng)過(guò)TTL施密特觸發(fā)器(開(kāi))，再到輸入數(shù)據(jù)寄存器，CPU即可從數(shù)據(jù)寄存器讀取到該電平狀態(tài)。內(nèi)部的上拉下拉的開(kāi)關(guān)是關(guān)閉的。當(dāng)此IO口懸空，其電平狀態(tài)是不確定的，由外部輸入決定，這個(gè)模式直接用電壓表測(cè)量其引腳電壓為1點(diǎn)幾伏。由于其輸入阻抗比較大，一般這種輸入模式用于標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議如I2C、USART的接收端。

上拉輸入模式：

和浮空很相似，唯一不同地方在于，上拉的開(kāi)關(guān)被打開(kāi)（該上拉電阻大約在30~50K），若IO口處于懸空狀態(tài)，會(huì)有上拉電阻拉高。即默認(rèn)電平為高電平。

下拉輸入模式：

和上拉輸入模式很相似，唯一不同的地方在于下拉的開(kāi)關(guān)被打開(kāi)，IO口懸空時(shí)默認(rèn)電平為低電平。

模擬輸入模式：

接入到IO口的不是電平狀態(tài)，而是電壓，3V、2V這些，上下拉被關(guān)閉、TTL施密特觸發(fā)器被關(guān)閉，加在IO口的電壓直接到模擬輸入。當(dāng)IO口被用作ADC采樣時(shí)就是這種解構(gòu)，當(dāng)使用ADC外設(shè)時(shí)，必須設(shè)置為模擬輸入模式。

輸出模式：

普通推挽輸出模式：

往寄存器寫(xiě) 1 ，通過(guò)輸出控制電路，P-MOS管導(dǎo)通，N-MOS管關(guān)閉，IO口即為高電平。往寄存器寫(xiě) 0 ，通過(guò)輸出控制電路，P-MOS管關(guān)閉，N-MOS管導(dǎo)通，IO口即為低電平。兩個(gè)管子輪流導(dǎo)通，一個(gè)負(fù)責(zé)灌電流、一個(gè)負(fù)責(zé)拉電流，使其負(fù)載能力和開(kāi)關(guān)速度都比普通的方式有很大的提升，推挽輸出的低電平為0V，高電平為 3.3 V。

無(wú)論何時(shí)，CPU 都可以通過(guò)輸入驅(qū)動(dòng)器讀取該IO口的實(shí)際電平值。

普通開(kāi)漏輸出模式

該模式下，P-MOS管不起作用，往寄存器寫(xiě)0，通過(guò)輸出控制電路，則使N-MOS管導(dǎo)通，使輸出接地，IO口即為低電平。往寄存器寫(xiě)1，N-MOS管截至，此時(shí)IO口即不是高電平也不是低電平，為高阻態(tài)，即無(wú)法直接輸出高電平，使用時(shí)必須在外部接上一個(gè)上拉電阻，當(dāng)輸出為高阻態(tài)時(shí)由上拉將該IO口拉高，一般用于電平不匹配的情況下，如需要輸出5V高電平，就需要加上拉電阻，電源為5V，當(dāng)輸出為高阻態(tài)時(shí)，由上拉電阻和電源向外輸出5V電平。

注意，此模式具有“線與”特性，即很多個(gè)開(kāi)漏模式引腳連在一起時(shí)，只有當(dāng)所有引腳都輸出高阻態(tài)（即1），才會(huì)被外部上拉電阻拉高提供電平，此時(shí)電平的電壓為外部上拉電阻所接電源的電壓，若其中一個(gè)引腳為低電平，那線路就相當(dāng)于短接到地，使得整條線路為低電平（0V）。

上拉電阻的阻值決定了邏輯電平轉(zhuǎn)換的沿的速度，阻值越大，速度越低功耗越小。

只有在寫(xiě)1時(shí)，才可以通過(guò)輸入驅(qū)動(dòng)器讀取該IO口的實(shí)際電平值，利用此原理，適合模擬I2C，接上拉電阻，就能夠正確輸出0和1，讀值時(shí)先GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0) 拉高，然后使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0)讀IO的值。

復(fù)用推挽輸出模式

復(fù)用推挽輸出模式和普通推挽輸出模式基本是一樣，只是一個(gè)是由片上外設(shè)控制，一個(gè)是由CPU控制。

無(wú)論何時(shí)，CPU 都可以通過(guò)輸入驅(qū)動(dòng)器讀取該IO口的實(shí)際電平值。

復(fù)用開(kāi)漏輸出模式

復(fù)用開(kāi)漏輸出模式和普通開(kāi)漏輸出模式基本是一樣，只是一個(gè)是由片上外設(shè)控制，一個(gè)是由CPU控制。

無(wú)論何時(shí)，CPU 都可以通過(guò)輸入驅(qū)動(dòng)器讀取該IO口的實(shí)際電平值。

復(fù)用模式是根據(jù)GPIO的復(fù)用功能來(lái)選擇的，如GPIO的引腳作用串口TX，則采用復(fù)用推挽輸出模式，如果是I2C、SMBUS這些線與功能的復(fù)用場(chǎng)合則采用復(fù)用開(kāi)漏輸出模式。

在使用任何一種開(kāi)漏模式時(shí)，一般都是接上拉電阻。

通常有 5 種方式使用某個(gè)引腳功能，它們的配置方式如下：
1）作為普通 GPIO 輸入：根據(jù)需要配置該引腳為浮空輸入、 帶弱上拉輸入或帶弱下拉輸入，同時(shí)不要使能該引腳對(duì)應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。
2）作為普通 GPIO 輸出：根據(jù)需要配置該引腳為推挽輸出或開(kāi)漏輸出，同時(shí)不要使能該引腳對(duì)應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。
3）作為普通模擬輸入：配置該引腳為模擬輸入模式，同時(shí)不要使能該引腳對(duì)應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。
4）作為內(nèi)置外設(shè)的輸入：根據(jù)需要配置該引腳為浮空輸入、 帶弱上拉輸入或帶弱下拉輸入，同時(shí)使能該引腳對(duì)應(yīng)的某個(gè)復(fù)用功能模塊。
5）作為內(nèi)置外設(shè)的輸出：根據(jù)需要配置該引腳為復(fù)用推挽輸出或復(fù)用開(kāi)漏輸出，同時(shí)使能該引腳對(duì)應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

如果有多個(gè)復(fù)用功能模塊對(duì)應(yīng)同一個(gè)引腳，只能使能其中之一，其它模塊保持非使能狀態(tài)。

stm32 復(fù)位后,IO 端口處于輸入浮空狀態(tài)。

復(fù)位后， JTAG引腳被置于輸入上拉或下拉模式：
─ PA15： JTDI置于上拉模式
─ PA14： JTCK置于下拉模式
─ PA13： JTMS置于上拉模式
─ PB4： JNTRST置于上拉模式

所有 IO 端口都具有外部中斷能力,端口必須配置成輸入模式,才能使用外部中斷功能.

IO 端口復(fù)用功能配置:
1、對(duì)于復(fù)用功能輸入,端口可以配置成任意輸入模式或者復(fù)用功能輸出模式.
2、對(duì)于復(fù)用功能輸出,端口必須配置成復(fù)用功能輸出
3、對(duì)于雙向復(fù)用功能,端口必須配置成復(fù)用功能輸出
4、stm32 的部分 IO 端口的復(fù)用功能可以重新映射成另外的復(fù)用功能.
5、stm32 具有 GPIO 鎖定機(jī)制,即鎖定 GPIO 配置,下次復(fù)位前不能再修改.
6、當(dāng) LSE 振蕩器關(guān)閉時(shí),OSC32_IN 和 OSC32_OUT 可以用作通用 IO PC14 和 PC15.
7、當(dāng)進(jìn)入待機(jī)模式或者備份域由 Vbat 供電,PC14,PC15 功能丟失,該兩個(gè) IO 口線設(shè)置為模擬輸入功能.
8、OSC_IN 和 OSC_OUT 可以重新映射為 GPIO PD0,PD1.

注意 PD0,PD1 用于輸出地時(shí)候僅能用于 50MHz 輸出模式.
注意:PC13,PC14,PC15 只能用于 2MHz 的輸出模式,,最多只能帶 30pf 的負(fù)載,并且同時(shí)只能使用一個(gè)引腳。

外設(shè)的GPIO配置可以在STM32中文參考手冊(cè)——V10 第110頁(yè)可以查詢。