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STM32 GPIO 描述

news 2025/9/1 5:48:37

一、GPIO功能描述

每个GPIO端口有两个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)和一个32位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)。 GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式。

  • 输入浮空

  • 输入上拉

  • 输入下拉

  • 模拟输入

  • 开漏输出

  • 推挽式输出

  • 推挽式复用功能

  • 开漏复用功能

每个I/O端口位可以自由编程，然而必须按照32位字访问I/O端口寄存器(不允许半字或字节访 问)。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允许对任何GPIO寄存器进行读/更改的独立访问。这 样，在读和更改访问之间产生IRQ时不会发生危险。

图1 I/O端口位的基本结构

图2 端口位配置表

图3 输出模式位

二、通用I/O(GPIO)

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(CNFx[1:0]=01b， MODEx[1:0]=00b)。 复位后，JTAG引脚被置于输入上拉或下拉模式：

  • 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

当作为输出配置时，写到输出数据寄存器上的值(GPIOx_ODR)输出到相应的I/O引脚。可以以推挽模式或开漏模式(当输出0时，只有N-MOS被打开)使用输出驱动器。

输入数据寄存器(GPIOx_IDR)在每个APB2时钟周期捕捉I/O引脚上的数据。

所有GPIO引脚有一个内部弱上拉和弱下拉，当配置为输入时，它们可以被激活也可以被断开。

三、单独的位设置或位清除

当对GPIOx_ODR的个别位编程时，软件不需要禁止中断：在单次APB2写操作里，可以只更改 一个或多个位。

这是通过对“置位/复位寄存器”(GPIOx_BSRR，复位是 GPIOx_BRR)中想要更改的位写’1’来 实现的。没被选择的位将不被更改。

四、外部中断/唤醒线

所有端口都有外部中断能力。为了使用外部中断线，端口必须配置成输入模式。

五、复用功能（AF）

使用默认复用功能前必须对端口位配置寄存器编程。

  • 对于复用的输入功能，端口必须配置成输入模式(浮空、上拉或下拉)且输入引脚必须由外部驱动

  • 对于复用输出功能，端口必须配置成复用功能输出模式(推挽或开漏)。

  • 对于双向复用功能，端口位必须配置复用功能输出模式(推挽或开漏)。这时，输入驱动器被配置成浮空输入模式。 如果把端口配置成复用输出功能，则引脚和输出寄存器断开，并和片上外设的输出信号连接。 如果软件把一个GPIO脚配置成复用输出功能，但是外设没有被激活，它的输出将不确定。

六、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(参考AFIO寄存器描述)。这时，复用功能就不再映射到它们的原始引脚上了。

七、GPIO 锁定机制

锁定机制允许冻结IO配置。当在一个端口位上执行了锁定(LOCK)程序，在下一次复位之前，将 不能再更改端口位的配置。

八、输入配置

当I/O端口配置为输入时：、

  • 输出缓冲器被禁止

  • 施密特触发输入被激活

  • 根据输入配置(上拉，下拉或浮动)的不同，弱上拉和下拉电阻被连接

  • 出现在I/O脚上的数据在每个APB2时钟被采样到输入数据寄存器

  • 对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态

下图给出了I/O端口位的输入配置

九、输出配置

当I/O端口被配置为输出时：

  • 输出缓冲器被激活

    • 开漏模式：输出寄存器上的’0’激活N-MOS，而输出寄存器上的’1’将端口置于高阻状态(PMOS从不被激活)。

    • 推挽模式：输出寄存器上的’0’激活N-MOS，而输出寄存器上的’1’将激活P-MOS。

  • 施密特触发输入被激活

  • 弱上拉和下拉电阻被禁止

  • 出现在I/O脚上的数据在每个APB2时钟被采样到输入数据寄存器

  • 在开漏模式时，对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态

  • 在推挽式模式时，对输出数据寄存器的读访问得到最后一次写的值

下图给出了I/O端口位的输出配置

十、复用功能配置

当I/O端口被配置为复用功能时：

  • 在开漏或推挽式配置中，输出缓冲器被打开、

  • 内置外设的信号驱动输出缓冲器(复用功能输出)

  • 施密特触发输入被激活

  • 弱上拉和下拉电阻被禁止

  • 在每个APB2时钟周期，出现在I/O脚上的数据被采样到输入数据寄存器

  • 开漏模式时，读输入数据寄存器时可得到I/O口状态

  • 在推挽模式时，读输出数据寄存器时可得到最后一次写的值

下图给出了复用功能配置

十一、模拟输入配置

当I/O端口被配置为模拟输入配置时：

  • 输出缓冲器被禁止；

  • 禁止施密特触发输入，实现了每个模拟I/O引脚上的零消耗。施密特触发输出值被强置 为’0’；

  • 弱上拉和下拉电阻被禁止；

  • 读取输入数据寄存器时数值为’0’。

下图示出了I/O端口位的高阻抗模拟输入配置：

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