GPIO协议

GPIO协议

定义

• GPIO（General Purpose Input Output）通用输入输出口
• 可配置为8种输入输出模式
• 引脚电平：0V~3.3V，部分引脚可容忍5V
• 输出模式下可控制端口输出高低电平，用以驱动LED、控制蜂鸣器、模拟通信协议输出时序等
• 输入模式下可读取端口的高低电平或电压，用于读取按键输入、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

GPIO基本结构

GPIO位结构

GPIO模式

GPIO的模式一共有八个，就是四个输入四个输出。通过配置GPIO的端口配置寄存器。

• 浮空输入(Input floating)
• 上拉输入(Input pull-up)
• 下拉输入(Input-pull-down)
• 模拟输入(Analog)
• 开漏输出(Output open-drain)
• 推挽输出(Output push-pull)
• 复用开漏输出(Alternate function open-drain)
• 复用推挽输出(Alternate function pull-push)

端口可以配置成以下8种模式：

代码应用

• STM32

//开启时钟RCC
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

//GPIO初始化
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12 ;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	

• ESP32
  ESP32主要是根据官方文档给出得用例，来完成GPIO驱动的。官方文档配置的结构体如下：

typedef struct
{
  uint64_t pin_bit_mask;  //要配置的GPIO引脚位码
  gpio_mode_t mode;  //GPIO输入输出模式
  gpio_pullup_t pull_up_en;  //设置上拉
  gpio_pulldown_t pull_down_en; //设置下拉
  gpio_int_type_t intr_type; //GPIO中断类型
}gpio_config_t;

#define GPIO_OUTPUT_IO_0    5   //设置输出引脚
#define GPIO_OUTPUT_PIN_SEL  ((1ULL<<GPIO_OUTPUT_IO_0)) //
#define GPIO_INPUT_IO_0     34
#define GPIO_INPUT_PIN_SEL  ((1ULL<<GPIO_INPUT_IO_0))
#define ESP_INTR_FLAG_DEFAULT 0


//初始化GPIO
void ds_touch_gpio_init(){

    //初始化结构
    gpio_config_t io_conf;
    //禁止中断
    io_conf.intr_type = GPIO_PIN_INTR_DISABLE;
    //设置输出模式
    io_conf.mode = GPIO_MODE_OUTPUT;
    //设置引脚位码
    io_conf.pin_bit_mask = GPIO_OUTPUT_PIN_SEL;
    //禁止下拉使能
    io_conf.pull_down_en = 0;
    //禁止上拉使能
    io_conf.pull_up_en = 0;
    //配置GPIO，返回ESP_OK success,或者ESP_ERR_INVALID_ARG Parameter error
    gpio_config(&io_conf);

    //GPIO的中断类型，上升沿或者下降沿
    io_conf.intr_type = GPIO_INTR_ANYEDGE;
    //设置引脚位码
    io_conf.pin_bit_mask = GPIO_INPUT_PIN_SEL;
    //设置输入模式    
    io_conf.mode = GPIO_MODE_INPUT;
    //允许使能上拉
    io_conf.pull_up_en = 1;
    gpio_config(&io_conf);

    //改变GPIO中断位引脚
    // gpio_set_intr_type(GPIO_INPUT_IO_0, GPIO_INTR_NEGEDGE);

    //create a queue to handle gpio event from isr
    gpio_evt_queue = xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t));
    //开始GPIO任务
    xTaskCreate(gpio_task_example, "gpio_task_example", 2048, NULL, 10, NULL);

    //安装GPIO中断服务程序驱动，开启每个引脚GPIO中断处理程序
    gpio_install_isr_service(ESP_INTR_FLAG_DEFAULT);
    //给GPIO引脚添加中断处理回调函数
    gpio_isr_handler_add(GPIO_INPUT_IO_0, gpio_isr_handler, (void*) GPIO_INPUT_IO_0);

}

小结

GPIO的输出模式，选型的思考，推挽输出模式下，输出具有驱动能力，当CPU输出逻辑'0'时，I/O端口输出低电平，而
当CPU输出逻辑'1'时，输出高电平，一般用于驱动LED，数码管等电子元器件或输出控制某个信号；
开漏输出：适合做电流型的驱动，吸收电流能力较强。当CPU输出逻辑'0'时，I/O端口输出低电平，当CPU输出逻辑'1'时，该引脚处于开漏，也就是浮空状态(高阻态),如果想输出高电平必须接入上拉电阻，同时IO口，可以由外部电路改变位低电平或不变，即可读IO输入电平变化，实现IO口的双向功能；此外还可以将多路开漏输出的引脚连接到一条线上，通过一个上拉电阻，在不增加任何器件的情况下，形成“逻辑与”关系，这也是I2C等总线判断总线占用状态的原理；
复用推挽输出：在STM32中，一个引脚通常可作为普通GPIO来使用，但通常有多个复用模块对应着同一个引脚，那么当这个GPIO作为内置外设引脚时，就叫做复用模式。使用场合：常见片内外设（USART TX/SPI/PWM输出等等）
复用开漏输出：与开漏输出模式一致，不过引脚选择了复用功能。使用场合：常见片内外设（I2C/SMBus etc）；

GPIO代码配置思路：
RCC时钟配置-> APB2 -> GPIO结构体 -> GPIO的各种模式，参数配置