STM32学习笔记之GPIO(二)

首文提到了GPIO拥有八种工作方式：
4种输入模式：
输入浮空
输入上拉
输入下拉
模拟输入
4种输出模式：
开漏输出
开漏复用功能
推挽式输出
推挽式复用功能
3种最大翻转速度：
-2MHZ
-10MHz
-50MHz

八种模式介绍及电路详解

输入浮空模式：
由于浮空输入一般多用于外部按键输入，结合图上的输入部分电路，我理解为浮空输入状态下，IO 的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定，如果在该引脚悬空的情况下，读取该端口的电平是不确定的。
输入上拉模式:

上拉输入/下拉输入/模拟输入：这几个概念很好理解，从字面便能轻易读懂。
输入下拉模式:

模拟模式：

开漏输出：

只可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适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).

开漏形式的电路有以下几个特点：

1.利用外部电路的驱动能力，减少 IC 内部的驱动。当 IC 内部 MOSFET 导通时，驱动电流是从外部的
VCC 流经 R pull-up ，MOSFET 到 GND。IC 内部仅需很下的栅极驱动电流。

2.一般来说，开漏是用来连接不同电平的器件，匹配电平用的，因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时， 只能输出低电平，如果需要同时具备输出高电平的功能，则需要接上拉电阻，很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压，便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以提供 TTL/CMOS 电平输出等。（上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度 。阻值越大，速度越低功耗越小，所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。）
3.OPEN-DRAIN 提供了灵活的输出方式，但是也有其弱点，就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电，所以当电阻选择小时延时就小，但功耗大；反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求，则建议用下降沿输出。

4.可以将多个开漏输出的 Pin，连接到一条线上。通过一只上拉电阻，在不增加任何器件的情况下，形成“与逻辑”关系。这也是 I2C，SMBus 等总线判断总线占用状态的原理。

开漏复用输出模式：
复用开漏输出：可以理解为 GPIO 口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用 IO口使用）

推挽输出模式：

可以输出高,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。高低电平由 IC 的电源低定。

推挽电路是两个参数相同的三极管或 MOSFET,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

推挽复用输出模式：
复用推挽输出：可以理解为 GPIO 口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用 IO口使用）

八种工作方式的总结

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
SCL,SDA）
（7）复用功能的推挽输出——AF_PP——片内外设功能（IIC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）

（1）模拟 I2C 使用开漏输出_OUT_OD，接上拉电阻，能够正确输出 0 和 1；读值时先GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0)；拉高，然后可以读 IO 的值；使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0)；
（2）如果是无上拉电阻，IO 默认是高电平；需要读取 IO 的值，可以使用带上拉输入_IPU 和浮空输入
_IN_FLOATING 和开漏输出_OUT_OD；

通常有 5 种方式使用某个引脚功能，它们的配置方式如下：
1）作为普通 GPIO 输入：根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
2）作为普通 GPIO 输出：根据需要配置该引脚为推挽输出或开漏输出，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
3）作为普通模拟输入：配置该引脚为模拟输入模式，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
4）作为内置外设的输入：根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时使能该引脚对应的某个复用功能模块。
5）作为内置外设的输出：根据需要配置该引脚为复用推挽输出或复用开漏输出，同时使能该引脚对应的所有复用功能模块。

注意如果有多个复用功能模块对应同一个引脚，只能使能其中之一，其它模块保持非使能状态。

stm32 复位后,IO 端口处于输入浮空状态. JTAG 引脚复位以后,处于上拉或者下拉状态.

所有 IO 端口都具有外部中断能力,端口必须配置成输入模式,才能使用外部中断功能. IO 端口复用功能配置:

对于复用功能输入,端口可以配置成任意输入模式或者复用功能输出模式. 对于复用功能输出,端口必须配置成复用功能输出
对于双向复用功能,端口必须配置成复用功能输出

stm32 的部分 IO 端口的复用功能可以重新映射成另外的复用功能. stm32 具有 GPIO 锁定机制,即锁定 GPIO 配置,下次复位前不能再修改.