STM32 GPIO使用超强总结

STM32GPIO使用
操作步骤：

1. 使能GPIO对应的外设时钟
例如：//使能GPIOA、GPIOB、GPIOC对应的外设时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOC , ENABLE);
2. 声明一个GPIO_InitStructure结构体 
例如：
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
3. 选择待设置的GPIO管脚
例如：//选择待设置的GPIO第7、8、9管脚位 ，中间加“|”符号
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7 |GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;
4. 设置选中GPIO管脚的速率
例如：//设置选中GPIO管脚的速率为最高速率2MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;//最高速率2MHz
5. 设置选中GPIO管脚的模式
例如：//设置选中GPIO管脚的模式为开漏输出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_Out_OD; //开漏输出模式


6. 根据GPIO_InitStructure中指定的参数初始化外设GPIOX


例如： GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);


7.其他应用


例： 将端口GPIOA的第10、15脚置1（高电平） 


GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_15);


例：将端口GPIOA的第10、15脚置0（低电平） 


GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_15);


GPIO寄存器：


寄存器   描述


CRL        端口配置低寄存器  


CRH        端口配置高寄存器  


IDR         端口输入数据寄存器  


ODR       端口输出数据寄存器 


BSRR      端口位设置/复位寄存器 


BRR        端口位复位寄存器 


LCKR      端口配置锁定寄存器  


EVCR      事件控制寄存器  


MAPR     复用重映射和调试 


I/O          配置寄存器


EXTICR   外部中断线路0-15配置寄存器


GPIO库函数：


函数名                                           描述  


GPIO_DeInit                      将外设GPIOx寄存器重设为缺省值


GPIO_AFIODeInit               将复用功能（重映射事件控制和EXTI设置）重设为缺省值 


GPIO_Init                          根据GPIO_InitStruct中指定的参数初始化外设GPIOx寄存器


GPIO_StructInit                  把GPIO_InitStruct中的每一个参数按缺省值填入 


GPIO_ReadInputDataBit    读取指定端口管脚的输入  


GPIO_ReadInputData         读取指定的GPIO端口输入  


GPIO_ReadOutputDataBit 读取指定端口管脚的输出  


GPIO_ReadOutputData      读取指定的GPIO端口输出  


GPIO_SetBits                      设置指定的数据端口位  


GPIO_ResetBits                  清除指定的数据端口位  


GPIO_WriteBit                    设置或者清除指定的数据端口位  


GPIO_Write                       向指定GPIO数据端口写入数据  


GPIO_PinLockConfig          锁定GPIO管脚设置寄存器  


GPIO_EventOutputConfig   选择GPIO管脚用作事件输出  


GPIO_EventOutputCmd      使能或者失能事件输出  


GPIO_PinRemapConfig       改变指定管脚的映射  


GPIO_EXTILineConfig          选择GPIO管脚用作外部中断线路


库函数： 函数GPIO_DeInit


功能描述：将外设GPIOx寄存器重设为缺省值 例：


GPIO_DeInit(GPIOA);


函数GPIO_AFIODeInit


功能描述：将复用功能（重映射事件控制和EXTI设置）重设为缺省值 例：


GPIO_AFIODeInit();


函数GPIO_Init


功能描述：根据GPIO_InitStruct中指定的参数初始化外设GPIOx寄存器 例：


GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; 


 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_All;  


GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_10MHz;  


GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_IN_FLOATING;  


GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);


 


 


GPIO_InitTypeDefstructure


GPIO_InitTypeDef定义于文件“stm32f10x_gpio.h”： 


typedefstruct  {


u16GPIO_Pin;


GPIOSpeed_TypeDefGPIO_Speed;  


GPIOMode_TypeDefGPIO_Mode;  


}


GPIO_InitTypeDef;


GPIO_Pin


该参数选择待设置的GPIO管脚，使用操作符“|”可以一次选中多个管脚。可以使用下表中的任意组合。 


GPIO_Pin_None：   无管脚被选中  


GPIO_Pin_x：          选中管脚x（0--15）


GPIO_Pin_All：        选中全部管脚


GPIO_Speed 


GPIO_Speed：


用以设置选中管脚的速率。 


GPIO_Speed_10MHz： 最高输出速率10MHz 


 GPIO_Speed_2MHz：  最高输出速率2MHz


GPIO_Speed_50MHz： 最高输出速率50MHz


GPIO_Mode


GPIO_Mode：


用以设置选中管脚的工作状态。 


GPIO_Mode_AIN：                 模拟输入


GPIO_Mode_IN_FLOATING： 浮空输入  


GPIO_Mode_IPD：                 下拉输入


GPIO_Mode_IPU：                 上 拉输入  


GPIO_Mode_Out_OD：           开漏输出  


GPIO_Mode_Out_PP：             推挽输出  


GPIO_Mode_AF_OD：            复用开漏输出  


GPIO_Mode_AF_PP：             复用推挽输出


函数GPIO_StructInit


功能描述：把GPIO_InitStruct中的每一个参数按缺省值填入 例：


GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;  


GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure); 


GPIO_InitStruct：


GPIO_Pin：GPIO_Pin_All  


GPIO_Speed：GPIO_Speed_2MHz 


 GPIO_Mode：GPIO_Mode_IN_FLOATING


函数GPIO_ReadInputDataBit


功能描述：读取指定端口管脚的输入 


例：


u8ReadValue;


ReadValue= GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_7);


函数GPIO_ReadInputData


功能描述：读取指定的GPIO端口输入


例：


u16ReadValue;


ReadValue= GPIO_ReadInputData(GPIOC);


函数GPIO_ReadOutputDataBit 


功能描述：读取指定端口管脚的输出 


例：


u8ReadValue;


ReadValue= GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_7);


函数GPIO_ReadOutputData


功能描述：读取指定的GPIO端口输出 


例：


u16ReadValue;


ReadValue= GPIO_ReadOutputData(GPIOC);


函数GPIO_SetBits


功能描述：置位指定的数据端口位


例： 将端口GPIOA的第10、15脚置1（高电平） 


GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_15);


函数GPIO_ResetBits


功能描述：清除指定的数据端口位


例：将端口GPIOA的第10、15脚置0（低电平）


GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_15);


函数GPIO_WriteBit


功能描述：设置或者清除指定的数据端口位 


例：


GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_15, Bit_SET);


函数GPIO_Write


功能描述：向指定GPIO数据端口写入数据 


例：


GPIO_Write(GPIOA,0x1101);


函数GPIO_PinLockConfig


功能描述：锁定GPIO管脚设置寄存器 


例：


GPIO_PinLockConfig(GPIOA,GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1);


函数GPIO_EventOutputConfig


功能描述：选择GPIO管脚用作事件输出 例：


GPIO_EventOutputConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource5);


GPIO_PortSource


GPIO_PortSource用以选择用作事件输出的GPIO端口。


函数GPIO_EventOutputCmd


功能描述：使能或者失能事件输出 例：


GPIO_EventOutputConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource6);  


GPIO_EventOutputCmd(ENABLE);


函数GPIO_PinRemapConfig


功能描述：改变指定管脚的映射例：


GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_I2C1,ENABLE);


一．GPIO概述


1、共有8种模式，可以通过编程选择：


1. 浮空输入       2. 带上拉输入      3. 带下拉输入      4. 模拟输入


5. 开漏输出——(此模式可实现hotpower说的真双向IO)       6. 推挽输出


7. 复用功能的推挽输出    8. 复用功能的开漏输出


模式7和模式8需根据具体的复用功能决定。      


2、专门的寄存器(GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR)实现对GPIO口的原子操作，即回避了设置或清除I/O端口时的“读-修改-写”操作，使得设置或清除I/O端口的操作不会被中断处理打断而造成误动作。


3、每个GPIO口都可以作为外部中断的输入，便于系统灵活设计。


4、I/O口的输出模式下，有3种输出速度可选(2MHz、10MHz和50MHz)，这有利于噪声控制。这个速度是指I/O口驱动电路的响应速度而不是输出信号的速度，输出信号的速度与程序有关（芯片内部在I/O口的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路，用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路）。通过选择速度来选择不同的输出驱动模块，达到最佳的噪声控制和降低功耗的目的。高频的驱动电路，噪声也高，当不需要高的输出频率时，请选用低频驱动电路，这样非常有利于提高系统的EMI性能。当然如果要输出较高频率的信号，但却选用了较低频率的驱动模块，很可能会得到失真的输出信号。  


   4.1各种接口的措施：     


      4.1.1对于串口，假如最大波特率只需115.2k，那么用2M的GPIO的引脚速度就够了，既省电也噪声小。


     4.1.2对于I2C接口，假如使用400k波特率，若想把余量留大些，那么用2M的GPIO的引脚速度或许不够，这时可以选用10M的GPIO引脚速度。


     4.1.3对于SPI接口，假如使用18M或9M波特率，用10M的GPIO的引脚速度显然不够了，需要选用50M的GPIO的引脚速度。


   4.2 GPIO口设为输入时，输出驱动电路与端口是断开，所以输出速度配置无意义。   


   4.3 在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。  


   4.4 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。  


   4.5 GPIO口的配置具有上锁功能，当配置好GPIO口后，可以通过程序锁住配置组合，直到下次芯片复位才能解锁。


5、所有I/O口兼容CMOS和TTL，多数I/O口兼容5V电平。


6、大电流驱动能力：GPIO口在高低电平分别为0.4V和VDD-0.4V时，可以提供或吸收8mA电流；如果把输入输出电平分别放宽到1.3V和VDD-1.3V时，可以提供或吸收20mA电流。


7、具有独立的唤醒I/O口。


8、很多I/O口的复用功能可以重新映射。


9、GPIO口的配置具有上锁功能，当配置好GPIO口后，可以通过程序锁住配置组合，直到下次芯片复位才能解锁。此功能非常有利于在程序跑飞的情况下保护系统中其他的设备，不会因为某些I/O口的配置被改变而损坏——如一个输入口变成输出口并输出电流。


二．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.要实现线与需要用OC(opencollector)门电路 .如果输出级的有两个三极管，始终处于一个导通、一个截止的状态，也就是两个三级管推挽相连，这样的电路结构称为推拉式电路或图腾柱（Totem- pole）输出电路（可惜，图无法贴上）。当输出低电平时，也就是下级负载门输入低电平时，输出端的电流将是下级门灌入T4；当输出高电平时，也就是下级负载门输入高电平时，输出端的电流将是下级门从本级电源经 T3、D1 拉出。这样一来，输出高低电平时，T3 一路和 T4 一路将交替工作，从而减低了功耗，提高了每个管的承受能力。又由于不论走哪一路，管子导通电阻都很小，使RC常数很小，转变速度很快。因此，推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。供你参考。


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


三．开漏电路


在电路设计时我们常常遇到开漏（open drain）和开集（open collector）的概念。所谓开漏电路概念中提到的“漏”就是指MOSFET的漏极。同理，开集电路中的“集”就是指三极管的集电极。开漏电路就是指以MOSFET的漏极为输出的电路。一般的用法是会在漏极外部的电路添加上拉电阻。完整的开漏电路应该由开漏器件和开漏上拉电阻组成。


组成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。如图1。


2. 可以将多个开漏输出的Pin，连接到一条线上。形成 “与逻辑” 关系。如图1，当PIN_A、PIN_B、PIN_C任意一个变低后，开漏线上的逻辑就为0了。这也是I2C，SMBus等总线判断总线占用状态的原理。


3. 可以利用改变上拉电源的电压，改变传输电平。如图2, IC的逻辑电平由电源Vcc1决定，而输出高电平则由Vcc2决定。这样我们就可以用低电平逻辑控制输出高电平逻辑了。     


4. 开漏Pin不连接外部的上拉电阻，则只能输出低电平(因此对于经典的51单片机的P0口而言，要想做输入输出功能必须加外部上拉电阻，否则无法输出高电平逻辑)。     


5. 标准的开漏脚一般只有输出的能力。添加其它的判断电路，才能具备双向输入、输出的能力。


应用中需注意：


1.  开漏和开集的原理类似，在许多应用中我们利用开集电路代替开漏电路。例如，某输入Pin要求由开漏电路驱动。则我们常见的驱动方式是利用一个三极管组成开集电路来驱动它，即方便又节省成本。如图3。


2. 上拉电阻R pull-up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。反之亦然。


Push-Pull输出就是一般所说的推挽输出，在CMOS电路里面应该较CMOS输出更合适，应为在CMOS里面的push－pull输出能力不可能做得双极那么大。输出能力看IC内部输出极N管P管的面积。和开漏输出相比，push－pull的高低电平由IC的电源低定，不能简单的做逻辑操作等。 push－pull是现在CMOS电路里面用得最多的输出级设计方式。  at91rm9200 GPIO 模拟I2C接口时注意！！


四.OC、OD


集电极开路门(集电极开路 OC 或源极开路OD)


open-drain是漏极开路输出的意思，相当于集电极开路(open-collector)输出，即ttl中的集电极开路（oc）输出。一般用于线或、线与，也有的用于电流驱动。


open-drain是对mos管而言，open-collector是对双极型管而言，在用法上没啥区别。


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。 或驱动比芯片电源电压高的负载.     2. 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。如果作为图腾输出必须接上拉电阻。接容性负载时，下降延是芯片内的晶体管，是有源驱动，速度较快；上升延是无源的外接电阻，速度慢。如果要求速度高电阻选择要小，功耗会大。所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。


3.可以利用改变上拉电源的电压，改变传输电平。例如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。


4.开漏Pin不连接外部的上拉电阻，则只能输出低电平。一般来说，开漏是用来连接不同电平的器件，匹配电平用的。


5.正常的CMOS输出级是上、下两个管子，把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了。这种输出的主要目的有两个：电平转换和线与。      6.由于漏级开路，所以后级电路必须接一上拉电阻，上拉电阻的电源电压就可以决定输出电平。这样你就可以进行任意电平的转换了。


7.线与功能主要用于有多个电路对同一信号进行拉低操作的场合，如果本电路不想拉低，就输出高电平，因为OPEN-DRAIN上面的管子被拿掉，高电平是靠外接的上拉电阻实现的。（而正常的CMOS输出级，如果出现一个输出为高另外一个为低时，等于电源短路。）


8.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。


五.线或逻辑与线与逻辑
在一个结点(线)上, 连接一个上拉电阻到电源 VCC 或 VDD 和 n 个 NPN 或 NMOS 晶体管的集电极 C 或漏极 D, 这些晶体管的发射极 E 或源极 S 都接到地线上, 只要有一个晶体管饱和, 这个结点(线)就被拉到地线电平上.


因为这些晶体管的基极注入电流(NPN)或栅极加上高电平(NMOS),晶体管就会饱和, 所以这些基极或栅极对这个结点(线)的关系是或非 NOR 逻辑. 如果这个结点后面加一个反相器, 就是或 OR 逻辑.


注：个人理解：线与，接上拉电阻至电源。(~A)&(~B)=~(A+B)，由公式较容易理解线与此概念的由来 ；


如果用下拉电阻和 PNP 或 PMOS 管就可以构成与非 NAND 逻辑, 或用负逻辑关系转换与/或逻辑.


注：线或，接下拉电阻至地。(~A)+(~B)=~(AB);


这些晶体管常常是一些逻辑电路的集电极开路 OC 或源极开路 OD 输出端. 这种逻辑通常称为线与/线或逻辑, 当你看到一些芯片的 OC或 OD 输出端连在一起, 而有一个上拉电阻时, 这就是线或/线与了, 但有时上拉电阻做在芯片的输入端内.


顺便提示如果不是 OC 或 OD 芯片的输出端是不可以连在一起的, 总线 BUS 上的双向输出端连在一起是有管理的, 同时只能有一个作输出, 而其他是高阻态只能输入