执行硬件设置以及实现低功耗的STM32 GPIO配置
引言 STM32微控制器通用输入/输出引脚（GPIO）提供许多与应用框架内外部电路相连接的方 法。本应用笔记提供有关GPIO配置的基本信息，以及硬件和软件开发人员使用GPIO引脚优 化其STM32 32-bit ARM Cortex MCUs电源性能的指南。 本应用笔记必须与www.st.com提供的相关STM32参考手册和数据表结合使用。
1 文档约定
1.1 词汇表
本节介绍本文档中所用的主要首字母缩略词和缩写词定义。
AMR： 绝对最大额定值 GPIO： 通用输入/输出 GP： 通用 P： 推挽 PU： PU上拉 PD： 下拉
OD： 开漏 AF： 复用功能 VIH： 由数字量输入解析为逻辑1的最小电压电平
VIL： 由数字量输入解析为逻辑0的最大电压电平
VOH： 由数字量输出设置为逻辑1值所提供的最小保证电压电平
VOL： 由数字量输出设置为逻辑0值所提供的最大保证电压电平
VDD： 为 I/Os 稳压器供电的外部电源。
VDDIO2： I/O的外部电源，独立于VDD电压
VDDA： 模拟量的外部电源 VSS： 接地 IIH： 输入为1时的输入电流 IIL： 输入为0时的输入电流
IOH： 输出为1时的输出电流 IOL： 输出为0时的输出电流 Ilkg： 漏电流 IINJ： 注入电流
1.2 寄存器缩写
寄存器说明中使用以下缩写词（x = A至H）：
GPIOx_MODER： GPIO端口模式寄存器 GPIOx_OTYPER： GPIO输出类型寄存器 GPIOx_OSPEEDR： GPIO输出速度寄存器
GPIOx_PUPDR： GPIO端口上拉/下拉寄存器 GPIOx_IDR： GPIO端口输入数据寄存器 GPIOx_ODR： GPIO端口输出数据寄存器
GPIOx_BSRR： GPIIO端口置位/复位寄存器 GPIOx_LCKR： GPIO端口配置锁定寄存器 GPIOx_AFRL： GPIO复用功能低位寄存器
GPIOx_AFRH： GPIO复用功能高位寄存器 GPIOx_ASCR： GPIO端口模拟量开关控制寄存器
2 GPIO 主要特性
STM32 GPIO具备下列特性：
• 输出状态：推挽或开漏 + 上拉/下拉，取决于GPIOx_mode、GPIOx_OTYPER、和 GPIOx_PUPDR寄存器设置
• 从输出数据寄存器GPIOx_ODR或外设（复用功能输出）输出数据
• 可为每个I/O（GPIOx_OSPEEDR）选择不同的速度
• 输入状态：浮动、上拉/下拉、模拟量，取决于GPIOx_MODER、GPIOx_PUPDR和 GPIOx_ASCR寄存器设置
• 将数据输入到输入数据寄存器（GPIOx_IDR）或外设（复用功能输入）
• 置位和复位寄存器（GPIOx_ BSRR），对 GPIOx_ODR 具有按位写权限
• 锁定机制（GPIOx_LCKR），可冻结 I/O 端口配置
• 模拟功能选择寄存器（GPIOx_MODER和GPIOx_ASCR）
• 复用功能选择寄存器（GPIOx_MODER，GPIOx_AFRL，和GPIOx_AFRH）
• 快速翻转，每次翻转最快只需要两个时钟周期
• 引脚复用非常灵活，允许将 I/O 引脚用作 GPIO 或多种外设功能中的一种
3 GPIO功能说明
STM32 GPIO可用于各种配置。每个GPIO引脚都可以通过软件在以下任何模式下单独配置：
• 输入浮空
• 输入上拉
• 输入下拉
• 模拟
• 具有上拉或下拉功能的开漏输出
• 具有上拉或下拉功能的推挽输出
• 具有上拉或下拉功能的复用功能推挽
• 具有上拉或下拉功能的复用功能开漏
3.1 GPIO缩写
STM32器件范围内有多种GPIO结构可供使用。每个结构都与选项列表相关联
表 1总结了适用于STM32产品的GPIO定义和缩写
例如，以下描述涉及STM32数据表中的GPIO： PB1 I/O FT表示： – PB1 I/O引脚：端口B位1输入/输出 – FT：5 V 容限 在开始电路板设计之前，请务必参考STM32产品的数据表或STM32CubeMX工具，以检查与目 标应用程序一致的GPIO可用性。 请参阅www.st.com/stm32上有关软件开发工具的部分
3.2 GPIO等效原理
STM32产品集成了三个主要的GPIO基本结构：
• 三伏兼容（缩写为TC）。 图 1给出了等效的GPIO图结构。
• 三伏容限（缩写为TT）。
• 五伏容限（缩写为FT） 图 2给出了TT或FT等效的GPIO图结构。
3.3 GPIO模式描述
本节介绍STM32器件中可用的GPIO引脚配置
3.3.1 输入模式配置
当STM32器件I/O引脚配置为输入时，必须选择以下三个选项之一：
• 带内部上拉的输出。STM32器件中使用上拉电阻，以确保在浮动输入信号的情况下具有 良好定义的逻辑电平。根据应用要求，可以使用外部上拉电阻。
• 带内部下拉的输入。在STM32器件中使用下拉电阻，确保在浮动输入信号的情况下具有 良好定义的逻辑电平。根据应用要求，可以使用外部下拉。
• 悬空输入。信号电平跟随外部信号。当没有外部信号时，施密特触发器在由外部噪声引 起的逻辑电平之间随机切换。这增加了总体消耗。
编程为输入时，I/O端口具有以下特征：
• 输出缓冲器被关闭
• 施密特触发器输入被打开
• 根据GPIOx_PUPDR寄存器中的值决定是否激活上拉或下拉电阻
• 输入数据寄存器每隔 1 个 AHB 时钟周期对 I/O 引脚上的数据进行一次采样
• 通过读取GPIOx_IDR输入数据寄存器可获取I/O状态
