02、GPIO外设(一)：基础知识

1、ZET6的引脚分布

下面使用C8T6的引脚来类比ZET6的引脚，ZET6中的特殊功能引脚和C8T6的特殊功能引脚是一样。而通用IO引脚比C8T6多而已。下面的C8T6的特殊功能引脚的介绍：
STM32F103C8T6一共有48个引脚，他们分别为特殊功能的IO引脚和普通功能的IO引脚，其中特殊功能的IO引脚是用于给芯片提供固定的功能，不用提供给用户配置使用，特殊功能的IO引脚如下图所示：

如图所示：特殊功能引脚：芯片供电引脚（需要8个引脚），接入外部晶振（需要2个引脚），芯片复位（需要1个引脚），备份区域供电（需要1个引脚），启动BOOT0选择（需要1个引脚）。
则特殊功能引脚IO = 8 + 2 + 1 + 1 +1 = 13个引脚。48个引脚除去13个引脚，则还有35个IO引脚是提供给用户使用的。如下图所示：

想了解ZET6的完整的通用IO引脚，则可参考STM32F103xCDE数据手册

一个单片机提供了若此多的普通引脚，那么单片机是如何对这些普通功能引脚进行管理的喃？
答案：通过片上外设GPIO进行管理，单片机将这些普通引脚按照ABC…进行分组划分，被分到组A的引脚就属于GPIOA管理，被分到组B的引脚就属于GPIOB管理。如上图所示：F103C8T6的普通引脚被分为了PA0 ~ PA15(一共16个IO)，PB0 ~ PB15(一共16个IO)，PC13 ~ PC15(一共3个IO)。

则综上可得：GPIOA管理16个IO引脚，GPIOB管理16个IO引脚，GPIOC管理3个引脚。如下图所示：

如图：GPIO中的每一个盒子负责管理一个IO引脚，每一个盒子就是寄存器的某一位或者多个位的组合。如下图所示：

2、引脚输出

引脚的输出分为如下：

😀由谁控制输出：通用功能，复用功能，和重映射功能。
😀输出电平方式：推挽输出，开漏输出。

①由谁控制输出：
若GPIO由CPU控制输出，则为通用功能；若GPIO由片上外设控制输出，则为复用功能。如下图所示：

重映射功能就是一个IO引脚由多个片上外设控制，当同一时间这些片上外设需要使用这根IO引脚时，就需要使用到重映射功能。如下图示：


如上图：当需要同时使用到外设USART1_TX和TIM1_CH2时，则就需要重映射，将USART1_TX重映射到PB6引脚。

②输出电平方式：
(1)推挽输出：输出高电平由P-MOS决定，输出低电平由N-MOS决定

😀当需要引脚输出高电平时：P-MOS导通，N-MOS断开，VDD连接到引脚，引脚输出高电平
😀当需要引脚输出低电平时：P-MOS断开，N-MOS导通，VSS连接到引脚，引脚输出低电平

(2)开漏输出：P-MOS一直是断开状态，输出高电平没有驱动能力，输出低电平由N-MOS决定

😀当需要引脚输出高电平时：P-MOS一直断开，N-MOS断开，没有驱动能力，引脚是高阻态
😀当需要引脚输出低电平时：P-MOS一直断开，N-MOS导通，VSS连接到引脚，引脚输出低电平

3、引脚输入

引脚的输出分为如下：上拉输入，下拉输入，浮空输入，模拟输入4种模式。

😀上拉输入：上面的开关闭合，下面的开关断开，引脚在没有电平输入的情况下面，引脚默认电平为高电平状态
😀下拉输入：上面的开关断开，下面的开关闭合，引脚在没有电平输入的情况下面，引脚默认电平为低电平状态。
😀浮空输入：上面的开关断开，下面的开关断开，引脚在没有电平输入的情况下面，引脚默认电平为不定状态，会受到电磁波干扰。
😀模拟输入：为ADC采样服务的特定输入

4、最大输出速度

最大输出速度：即IO引脚输出高电平和输出低电平最快的切换的最快频率。
由于硬件性能有限，让IO引脚输出高电平，则IO引脚并不会立即输出高电平，会有一个缓冲时间（下图是上升时间/下降时间），而输出低电平也是同理。

提供了3个最大输出速度：2MHz，10MHz，50MHz。
当IO引脚的最大输出速度为2MHz时：理想情况下一个电平切换时间t = (1s/2MHz)/2 =250ns ，但是实际情况如下图所示：电平切换实际t = 500ns

当IO引脚的最大输出速度为10MHz时：理想情况下一个电平切换时间t = (1s/10MHz)/2 =50ns，但是实际情况如下图所示：电平切换实际t = 100ns

当IO引脚的最大输出速度为50MHz时：理想情况下一个电平切换时间t = (1s/10MHz)/2 =10ns，但是实际情况如下图所示：电平切换实际t = 20ns

综上： 输出的频率最大，上升时间和下降时间越小，输出速度就越快，功耗就越大。