stm32之GPIO电路介绍

1 GPIO介绍

• 保护二极管：保护引脚，让引脚的电压位于正常的范围
• 施密特触发器：将外部的模拟信号转换为数字信号
• 上/下拉电阻：通过控制开关，可以设置输入引脚的默认电平状态
• 输入数据寄存器：外部引脚电平转换为数字信号后保存到输入数据寄存器，然后由内部处理器读取
• 输出数据寄存器：内部处理器将数据写入输出数据寄存器，然后通过输出控制电路输出到外部引脚
• 位设置/清除寄存器：该寄存器用于修改输出数据寄存器中的某一位的值

2 GPIO的工作模式

2.1 浮空输入

数据流向：电压直接由GPIO引脚通过施密特触发器转化为高低电平后，将数据存储到输入数据寄存器中，微处理器就可以读取输入寄存器的数据。

特点：处于该模式的GPIO口未接外设，处于悬空状态时，引脚的电平是不确定的，此时读取输入寄存器的值是不确定的。

2.2 上拉输入

与浮空输入的区别在于，上拉输入模式下，上拉电阻上方的开关会闭合，I/O端口的电压就会Vdd小一点，也就是说，当引脚属于悬空状态时，引脚默认是高电平。

数据流向：与浮空输入相同。

特点：当输入引脚悬空时，输入是高电平。

2.3 下拉输入

与浮空输入的区别在于，上拉输入模式下，上拉电阻上方的开关会闭合，I/O端口的电压就会Vss大一点，也就是说，当引脚属于悬空状态时，引脚默认是低电平。

数据流向：与浮空输入相同。

特点：当输入引脚悬空时，输入是低电平。

2.4 模拟输入

浮空输入、上拉输入、下拉输入模式下，输入的都是数字信号，而模拟输入是直接将外部的模拟信号输入，因此，上拉电阻、下拉电阻、施密特触发器的开关都会断开，输入引脚的电平直接到内部。

数据流量：外部端口引脚直接连接到内部进行模拟输入。

特点：用于模拟信号的输入。

注意：只有ADC和DAC需要将IO端口配置为模拟通道，其他外设功能需要将IO配置为复用功能模式。

2.5 开漏输出

数据流向：处理器将数据写入输出数据寄存器，写入过程中可以通过位设置/清除寄存器(BSRR)修改单个位的数据，输出数据寄存器中的数据通过输出控制电路，然后通过N-MOS管到达外部输出引脚。同时，外部引脚的电平还可以通过浮空输入模式读取。

特点：当输出数据0时，N-MOS管导通，输出低电平；当输出数据1时，N-MOS管截止，输出引脚为高阻态(如果需要输出高电平，需要外接上拉电阻)。

2.6 推挽输出

特点：当输出数据0时，输出低电平；当输出1时，输出高电平。开关速度快，负载能力强，是最常使用的输出模式。

2.7 复用开漏输出

特点：与开漏输出的区别是，复用开漏输出是从片上外设输出。

2.8 复用推挽输出

特点：与推挽输出的区别是，复用推挽输出是从片上外设输出，串口通信中经常使用复用推挽输出。

2.9 其他

上电复位后，GPIO引脚默认为浮空状态，部分特殊引脚为特定状态。

3 应用方式

• 普通GPIO输入：配置引脚为浮空输入、上拉输入、下拉输入，不使能该引脚的复用功能模块。
• 普通GPIO输出：配置引脚为推挽输出、开漏输出，不使能该引脚的复用功能模块。
• 模拟输入：配置引脚为模拟输入，不使能该引脚的复用功能模块。
• 内置外设的输入：配置该引脚为浮空输入、上拉输入、下拉输入，使能该引脚的复用功能模块。
• 内置外设的输出：配置该引脚为复用推挽输出、复用开漏输出，使能该引脚的复用功能模块。

注：常规使用GPIO时，输出通常使用推挽输出，输入则使用上拉输入或者下拉输入，具体需要根据外部器件的电路确定。

4 常用库函数

• GPIO_Init：初始化
• GPIO_ReadInputDataBit/GPIO_ReadInputData：读取某个口的输入电平，实际读取的就是输入数据寄存器的值
• GPIO_ReadOutputDataBit/GPIO_ReadOutputData：读取某个口的输出电平，实际读取的就是输出数据寄存器的值
• GPIO_SetBits：设置某个口输出高电平，实际操作的是位设置寄存器
• GPIO_ResetBits：设置某个口输出低电平，实际操作菜单是位清除寄存器