STM32开发--GPIO详解

 一.GPIO的寄存器

32位配置寄存器：GPIOx_CRL，GPIOx_CRH

32位数据寄存器：GPIOx_IDR，GPIOx_ODR

32位置位/复位寄存器：GPIOx_BSRR

16位复位寄存器：GPIOx_BRR

32位锁定寄存器：GPIOx_LCKR

 

 

 

 

 

GPIOx_CRL :端口配置低寄存器 （控制P0--P7端口）

一个IO位占4个位（4*8=32）P0--P7刚好32位，例如：P0端口：0-1控制输入模式或者输出模式及输出速度，2-3控制输入模式或者输出模式的具体工作方式

 

GPIOx_CRH:端口配置高寄存器 （控制P8--P15端口）

一个IO位占4个位（4*8=32）P8--P15刚好32位，例如：P8端口：0-1控制输入模式或者输出模式及输出速度，2-3控制输入模式或者输出模式的具体工作方式

GPIOx_IDR:端口输入寄存器 

一个位控制一个IO口，0--15对应P0--P15

(注意：IDR寄存器低16位，每个位控制该组IO的一个IO口。对应的是IO口的输入电平）

 

GPIOx_ODR:端口输出寄存器

一个位控制一个IO口，0--15对应P0--P15

（注意：ODR寄存器跟IDR寄存器相反，是控制IO口输出。低16位每个位控制一个IO口的输出电平的高低。）

输入模式的上下拉输入到底是上拉还是下拉由端口输出寄存器ODR决定。在输入模式时，可设置ODR寄存器的第一位来决定上拉还是下拉

 

GPIOx_BSRR:端口位设置/清除寄存器

低16位（0--15）是置位，当对应位为1时对应端口置1，对应位为0时对应端口置不受影响

高16位（16--31）是复位，当对应位为1时对应端口置0，对应位为0时对应端口置不受影响

高低位同时作用时，则只有低16位起作用！

GPIOx_BRR :端口位清除寄存器

低16位对应16个端口，作用和GPIOx_BSRR的高16位一样，都是复位清除功能

低16位（0--15）是复位，当对应位为1时对应端口置0，对应位为0时对应端口置不受影响

 

 

 GPIOx_LCKR:端口配置锁存寄存器

 

 

 

 

二.GPIO的工作模式

 

根据数据手册中列出的每个I/O端口的特定硬件特征， GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式。

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

 

1.浮空输入GPIO_IN_FLOATING ——浮空输入，可以做按键识别，IO状态不确定，完全由外部输入决定

施密特触发器是开启的，IO口的状态可以直接送到输入寄存器中，CPU可以直接读取输入寄存器。

电平进入后，不经过上下拉，在触发施密特触发器后，进入输入数据寄存器，最后由CPU读取。
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（输入达到条件就触发），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。

       

 

2.输入上拉GPIO_IPU——IO内部上拉电阻输入

 与前面浮空输入模式相比，仅仅在数据通道的上部，接入一个上拉电阻，根据STM32的数据手册，这个上拉电阻阻值介于30K~50K。同样的，CPU可以随时在输入数据寄存器的另一端，读取IO端口的电平状态。

原本需要低电平触发，有上拉电阻存在，使得端口为高电平，达到抗干扰作用，只接受低电平！

         

 

3.输入下拉GPIO_IPD—— IO内部下拉电阻输入

 与前面浮空输入模式相比，仅仅在数据通道的上部，接入一个下拉电阻，根据STM32的数据手册，这个下拉电阻阻值介于30K~50K。同样的，CPU可以随时在输入数据寄存器的另一端，读取IO端口的电平状态。

原本需要高电平触发，有下拉电阻存在，使得端口为低电平，达到抗干扰作用，只接受高电平！

         

 

4.模拟输入GPIO_AIN ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电

施密特触发器是关闭的，信号直接到ADC输入；这里我们能看到所有的上拉、下拉电阻和施密特触发器，均处于断开状态，因此输入数据寄存器将不能反映端口上的电平状态，也就是说模拟输入模式下CPU不能在数据寄存器上读到有效的数据

         

 

 

 

1.开漏输出GPIO_OUT_OD ----开漏模式时，只有 N-MOS 管工作，输出数 据 寄 存 器 可 控 制 I/O 输 出 高 阻 态 或 低 电 平 。

      当CPU在编号1端通过“位设置/清楚寄存器”或“输出数据寄存器”写入数据后，该数据位通过编号2的输出控制电路传送到编号4的IO端口。如果CPU写入的是逻辑1，则编号3的N-MOS管将处于关闭状态，此时IO端口的电平将由外部的上拉电阻决定;如果CPU写入的是逻辑0，则编号3的N-MOS管将处于开启状态，此时IO端口的电平被编号3的N-MOS管拉到了VSS的零电位。

      在上图的上半部，施密特触发器处于开启状态，这意味着CPU可以在“输入数据寄存器”的另一端，随时监控IO端口的状态；通过这个特性还实现了虚拟的IO端口双向通信只要CPU输出逻辑1，由于编号3的N-MOS管处于关闭状态，IO端口的电平将完全由外部电路决定，因此，CPU可以在“输入数据寄存器”读到外部电路的信号，而不是它自己输出的逻辑1。

       GPIO口的输出模式下，有3种输出速度可选：2MHz、10MHz和50MHz。这个速度是指GPIO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IO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的频率的信号，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。

         

2.推挽式输出GPIO_OUT_PP ——IO输出0-接GND， IO输出1 -接VCC，读输入值是未知的

在输出模式中，推挽模式时双 MOS 管以推挽方式工作，输出数据寄存器GPIOx_ODR 可控制 I/O 输出高低电平。

 

3.推挽式复用功能GPIO_AF_PP ——片内外设功能（I2C的SCL,SDA）

复用功能模式中，输出使能，输出速度可配置，可工作在推挽模式，但是输出信号源于其它外设，输出数据寄存器 GPIOx_ODR 无效；输入可用，通过输入数据寄存器可获取 I/O 实际状态，但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号。 

 

 

4.开漏复用功能GPIO_AF_OD——片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）

复用功能模式中，输出使能，输出速度可配置，可工作在开漏模式，但是输出信号源于其它外设，输出数据寄存器 GPIOx_ODR 无效；输入可用，通过输入数据寄存器可获取 I/O 实际状态，但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号。 

 

GPIO整理后可分为三类：

1. 输入模式(模拟/浮空/上拉/下拉)：在输入模式时，施密特触发器打开，输出被禁止，可通过输入数据寄存器 GPIOx_IDR读取 I/O 状态。其中输入模式，可设置为上拉、下拉、浮空和模拟输入四种。上拉和下拉输入很好理解，默认的电平由上拉或者下拉决定。浮空输入的电平是不确定的，完全由外部的输入决定，一般接按键的时候用的是浮空输入。模拟输入则用于 ADC 采集。

2. 输出模式(推挽/开漏)：在输出模式中，推挽模式时双 MOS 管以轮流方式工作，输出数据寄存器GPIOx_ODR可控制 I/O 输出高低电平。开漏模式时，只有 N-MOS 管工作，输出数据寄存器可控制I/O输出高阻态或低电平。输出速度可配置，有 2MHz\10MHz\50MHz 的选项。此处的输出速度即 I/O 支持的高低电平状态最高切换频率，支持的频率越高，功耗越大，如果功耗要求不严格，把速度设置成最大即可。
在输出模式时施密特触发器是打开的，即输入可用，通过输入数据寄存器 GPIOx_IDR可读取 I/O 的实际状态。

3.复用功能(推挽/开漏)：复用功能模式中，输出使能，输出速度可配置，可工作在开漏及推挽模式，但是输出信号源于其它外设，输出数据寄存器 GPIOx_ODR 无效；输入可用，通过输入数据寄存器可获取 I/O 实际状态，但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号。

 

应用场合

 ①上拉输入、下拉输入可以用来检测外部信号，例如按键等。

 ②浮空输入模式，由于输入阻抗较大，一般把这种模式用于标准通信协议的I2C、USART的接收端。

 ③普通推挽输出模式一般应用在输出电平为0和3.3V的场合<。而普通开漏输出模式一般应用在电平不匹配的场合，如需要输出5V的高电平，就需要在外部一个上拉电阻。电源为5V，把GPIO设置为开漏模式，当输出高阻态时，由上拉电阻和电源向外输出5V电平。

④对于相应的复用模式，复用输出来源片上外设，则是根据GPIO的复用功能来选择，如GPIO的引脚用作串口的输出（USART/SPI/CAN），则使用复用推挽输出模式。如果用在I2C、SMBUS这些需要线与功能的复用场合，就使用复用开漏模式。

 ⑤在使用任何一种开漏模式时，都需要接上拉电阻。

 

每个I/O端口位可以自由编程，然而I/0端口寄存器必须按32位字被访问(不允许半字或字节访问)。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允许对任何GPIO寄存器的读/更改的独立访问；这样，在读和更改访问之间产生IRQ时不会发生危险。下图给出了一个I/O端口位的基本结构。

 

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。

 

 

 

三.GPIO的常用函数

1.初始化函数

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);        //初始化（端口引脚，工作模式，传输速度）

//初始化PB5为输出口.并使能这个端口的时钟            
//LED IO初始化
void LED_Init(void)
{
 
 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
     
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);  //使能PB端口时钟
    
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;              //LED0-->PB.5 端口配置
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;       //推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;      //IO口速度为50MHz
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);                 //根据设定参数初始化GPIOB.5
 GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);                        //PB.5 输出高

}
 

 

 

 

2.读取输入电平函数

uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);       //读取某个位的输入电平（GPIOx,GPIO_Pin)

GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1);      //读取PA1的输入电平

uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);                                         //读取某个端口16位的输入数据（GPIOx）

GPIO_ReadInputData(GPIOA);                    //读取PA端口16位的输入数据

3.读取输出电平函数

uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);     //读取某个位的输出电平（GPIOx,GPIO_Pin)

GPIO_ReadOutputDataBit( GPIOA, GPIO_Pin_1);     //读取PA1的输出电平

uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);                                        //读取某个端口16位的输出数据（GPIOx）

GPIO_ReadOutputData(GPIOA);                    //读取PA端口16位的输出数据

 

4.设置输出电平函数

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);                               //置位（GPIOx,GPIO_Pin)

void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);                           //复位（GPIOx,GPIO_Pin)

void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);    //对某个位写（GPIOx,GPIO_Pin,0或1）

void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);                                       //对某个端口16位写（GPIOx,0或1）