STM32 GPIO引脚配置及使用指南

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一、GPIO简介

GPIO（General Purpose Input Output）通用输入输出口，可配置为八种输入输出模式，引脚电平为0V~3.3V（部分引脚可容忍5V）。STM32芯片的GPIO被分成很多组，每组有16个引脚，所有的GPIO引脚都有基本的输入输出功能
输出模式下可控制端口输出高低电平，以驱动LED ，控制蜂鸣器，模拟通信协议输出时序（I2C，SPI）等。
输入模式下可读取端口的高低电平或电压，以读取按键输入，外接模块电平信号输入，ADC电压采集，模拟通信协议接收数据等。

二、基本结构

图一（系统结构图）

如图所示，所有的GPIO都是挂载在APB2外设总线上的。（所以在使用GPIO时使用APB2相关的函数）
如 void RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE );
图二

GPIO外设的名称按照GPIOA，GPIOB，GPIOC等命名。
每个GPIO都有16个引脚
寄存器是特殊的储存器，内核通过APB2总线对寄存器进行读写，完成输出读写电平的功能。
（stm32是32位的单片机，每个寄存器都有32位，但端口只有16位，此寄存器只有低16位有对应端口）
图三


若输入电流大于3.3V，上二极管就会导通，防止过大电流对GPIO的伤害。电流小于0V时同理。

因为引脚是外界输入，虽然为数字信号，但信号传输时可能失真，此时施密特触发器解决
施密特触发器：当输入高于某一阈值时为高，低于某一于是时为低（并不是在上限上就是高电平，在上限下就是低电平，而是高于上限后处于高，直到再次低于下限时为低）

寄存器介绍
想要单独控制某一端口而不影响其他端口，需要一些特殊的方式

第一种方式：通过按位与和按位或的方式更改某一位，最后再将数据写回去，C语言中就是 &= 和 |= 的操作 （麻烦、效率低）

第二种方式（主用）：设置位设置和位清除寄存器，如果需要设置，那么就在位设置寄存器某一位写1。如果需要清除，那么就在位清除寄存器写0。这样内部电路就会帮我们处理（通过库函数实现）。

第三种方式：通过寻址的方式配置寄存器，暂时不会用到（如51就是这种方法）。

三、GPIO工作模式

一，浮空，上拉，下拉输入模式

上拉，下拉电阻提供默认输入。（电阻阻值大，为弱上拉，下拉模式，防止干扰正常输入）
上拉模式为默认输入为高电平，下拉模式默认输入低电平。
浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。外部输入时0读出的就是0，外部输入时1读出的就是1。当引脚处于浮空状态时，极不稳定。

二，模拟输入模式

当GPIO引脚用于ADC采集电压的输入通道时，用作"模拟输入"功能，此时信号不经过施密特触发器，直接直接进入ADC模块，并且输入数据寄存器为空 ，CPU不能在输入数据寄存器上读到引脚状态
当GPIO用于模拟功能时，引脚的上、下拉电阻是不起作用的，这个时候即使配置了上拉或下拉模式，也不会影响到模拟信号的输入输出

除了 ADC 和 DAC 要将 IO 配置为模拟通道之外其他外设功能一律 要配置为复用功能模式
复用功能输入接收数字量，接在触发器后方。

三，开漏输出模式

在开漏输出模式时，只有N-MOS管工作，如果我们控制输出为0，低电平，则P-MOS管关闭，N-MOS管导通，使输出低电平，I/O端口的电平就是低电平，若控制输出为1时，高电平，则P-MOS管和N-MOS管都关闭，输出指令就不会起到作用，此时I/O端口的电平就不会由输出的高电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定 如果没有上拉或者下拉 IO口就处于悬空状态。

作用：（i）、可以作为通信协议的驱动方式（比如I2C通信的引脚就是使用开漏模式），在多机通信的情况下，这个模式可以避免各个设备的相互干扰

（ii）、可以用于输出5V的电平信号，比如在IO口外接一个上拉电阻到5V的电源

    当输出低电平时，由内部的N-MOS直接接VSS

    当输出高电平时，由外部的上拉电阻拉高至5V

这样就可以输出5V的电平信号，用于兼容一些5V电平的设备

四，推挽输出模式

在推挽输出模式时，N-MOS管和P-MOS管都工作，如果我们控制输出为0，低电平，则P-MOS管关闭，N-MOS管导通，使输出低电平，I/O端口的电平就是低电平，若控制输出为1 高电平，则P-MOS管导通N-MOS管关闭，使输出高电平，I/O端口的电平就是高电平， 外部上拉和下拉的作用是控制在没有输出时IO口电平。

总结：这种模式高低电平都有较强驱动能力，STM32对IO口具有绝对的控制权，高低电平都由STM32说了算。

五，复用开漏输出

GPIO复用为其他外设，输出数据寄存器GPIOx_ODR无效； 输出的高低电平的来源于其它外设，施密特触发器打开，输入可用，通过输入数据寄存器可获取I/O实际状态 除了输出信号的来源改变 其他与开漏输出功能相同。

六，复用推挽输出

GPIO复用为其他外设(如 I2C)，输出数据**寄存器GPIOx_ODR无效； 输出的高低电平的来源于其它外设，施密特触发器打开，**输入可用，通过输入数据寄存器可获取I/O实际状态 除了输出信号的来源改变 其他与开漏输出功能相同。

开漏输出和推挽输出的区别：

推挽输出：

可以输出强高低电平，连接数字器件

推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止.

开漏输出：

可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极. 需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平 合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)；

在使用任何一种开漏模式时，都需要接上拉电阻，否则只能输出低电平。

GPIO模式总结

在 STM32 中选用 IO 模式
（1） 浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入，可以做 KEY 识别， RX1
（2）带上拉输入_IPU——IO 内部上拉电阻输入
（3）带下拉输入_IPD—— IO 内部下拉电阻输入
（4） 模拟输入_AIN ——应用 ADC 模拟输入，或者低功耗下省电
（5）开漏输出_OUT_OD ——IO 输出 0 接 GND， IO 输出 1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出
高电平。当输出为 1 时， IO 口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样 IO 口也就可以
由外部电路改变为低电平或不变。可以读 IO 输入电平变化，实现 C51 的 IO 双向功能
（6）推挽输出_OUT_PP ——IO 输出 0-接 GND， IO 输出 1 -接 VCC，读输入值是未知的
（7）复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能（I2C 的 SCL,SDA）
（8）复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）

作者：啊？啊？啊？