公司网站后台怎么上传视频,wordpress缺点,免费无网络游戏大全,南昌网站关键词推广0. 写在最前 本栏目笔记都是基于stm32F10x 1. GPIO基本介绍
GPIO—general purpose intput output 是通用输入输出端口的简称#xff0c;简单来说就是软件可控制的引脚#xff0c; STM32芯片的GPIO引脚与外部设备连接起来#xff0c;从而实现与外部通讯、控制以及数据采集的…0. 写在最前 本栏目笔记都是基于stm32F10x 1. GPIO基本介绍
GPIO—general purpose intput output 是通用输入输出端口的简称简单来说就是软件可控制的引脚 STM32芯片的GPIO引脚与外部设备连接起来从而实现与外部通讯、控制以及数据采集的功能
2. GPIO功能框图介绍
GPIO功能框图如下 保护二极管及上、下拉电阻
引脚的两个保护二级管可以防止引脚外部过高或过低的电压输入当引脚电压高于VDD 时上方的二极管导通当引脚电压低于VSS时下方的二极管导通防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。尽管有这样的保护并不意味着STM32的引脚能直接外接大功率驱动器件如直接驱动电机强制驱动要么电机不转要么导致芯片烧坏必须要加大功率及隔离电路驱动。
P-MOS 管和N-MOS 管
GPIO 引脚线路经过两个保护二极管后向上流向“输入模式”结构向下流向“输出模式”结构。先看输出模式部分线路经过一个由P-MOS 和N-MOS管组成的单元电路。这个结构使GPIO具有了“推挽输出”和“开漏输出”两种模式。 所谓的推挽输出模式是根据这两个MOS 管的工作方式来命名的。在该结构中输入高电平时经过反向后上方的P-MOS 导通下方的N-MOS关闭对外输出高电平;而在该结构中输入低电平时经过反向后N-MOS 管导通P-MOS 关闭对外输出低电平。当引脚高低电平切换时两个管子轮流导通P管负责灌电流N 管负责拉电流使其负载能力和开关速度都比普通的方式有很大的提高。推挽输出的低电平为0伏高电平为3.3伏它是推挽输出模式时的等效电路。 而在开漏输出模式时上方的P-MOS 管完全不工作。如果我们控制输出为0低电平则P-MOS 管关闭N-MOS 管导通使输出接地若控制输出为1 (它无法直接输出高电平)时则P-MOS 管和N-MOS 管都关闭所以引脚既不输出高电平也不输出低电平为高阻态。为正常使用时必须外部接上拉电阻。它具有“线与”特性也就是说若有很多个开漏模式引脚连接到一起时只有当所有引脚都输出高阻态才由上拉电阻提供高电平此高电平的电压为外部上拉电阻所接的电源的电压。若其中一个引脚为低电平那线路就相当于短路接地使得整条线路都为低电平0 伏。推挽输出模式一般应用在输出电平为0 和3.3 伏而且需要高速切换开关状态的场合。在STM32 的应用中除了必须用开漏模式的场合我们都习惯使用推挽输出模式。 开漏输出一般应用在I2C、SMBUS 通讯等需要“线与”功能的总线电路中。除此之外还用在电平不匹配的场合如需要输出5 伏的高电平就可以在外部接一个上拉电阻上拉电源为5 伏并且把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5 伏的电平。
输出数据寄存器
前面提到的双MOS 管结构电路的输入信号 是由GPIO“ 输出数据寄存器GPIOx_ODR”提供的因此我们通过修改输出数据寄存器的值就可以修改GPIO 引脚的输出电平。而“置位/复位寄存器GPIOx_BSRR”可以通过修改输出数据寄存器的值从而影响电路的输出。
复用功能输出
“复用功能输出”中的“复用”是指STM32 的其它片上外设对GPIO 引脚进行控制此时GPIO 引脚用作该外设功能的一部分算是第二用途。从其它外设引出来的“复用功能输出信号”与GPIO本身的数据据寄存器都连接到双MOS 管结构的输入中通过图中的梯形结构作为开关切换选择。
例如我们使用USART 串口通讯时需要用到某个GPIO引脚作为通讯发送引脚这个时候就可以把该GPIO引脚配置成USART 串口复用功能由串口外设控制该引脚发送数据。
输入数据寄存器
看GPIO 结构框图的上半部分GPIO 引脚经过内部的上、下拉电阻可以配置成上/下拉输入然后再连接到施密特触发器信号经过触发器后模拟信号转化为0、1 的数字信号然后存储在“输入数据寄存器GPIOx_IDR”中通过读取该寄存器就可以了解GPIO引脚的电平状态。
复用功能输入
与“复用功能输出”模式类似在“复用功能输入模式”时GPIO引脚的信号传输到STM32 其它片上外设由该外设读取引脚状态。同样如我们使用USART 串口通讯时需要用到某个GPIO引脚作为通讯接收引脚这个时候就可以把该GPIO 引脚配置成USART 串口复用功能使USART 可以通过该通讯引脚的接收远端数据。
模拟输入输出
当GPIO 引脚用于ADC 采集电压的输入通道时用作“模拟输入”功能此时信号是不经过施密特触发器的因为经过施密特触发器后信号只有0、1 两种状态所以ADC 外设要采集到原始的模拟信号信号源输入必须在施密特触发器之前。类似地当GPIO 引脚用于DAC 作为模拟电压输出通道时此时作为“模拟输出”功能DAC 的模拟信号输出就不经过双MOS 管结构模拟信号直接输出到引脚。
3. GPIO工作模式
标准库中用枚举对象实现模型的选择,并在GPIO_Init函数传入结构体对寄存器进行操作
typedef enum
{ GPIO_Mode_AIN 0x0,GPIO_Mode_IN_FLOATING 0x04,GPIO_Mode_IPD 0x28,GPIO_Mode_IPU 0x48,GPIO_Mode_Out_OD 0x14,GPIO_Mode_Out_PP 0x10,GPIO_Mode_AF_OD 0x1C,GPIO_Mode_AF_PP 0x18
}GPIOMode_TypeDef;输出模式:
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。
推挽输出GPIO可以输出高电平或低电平驱动外部设备如LED、蜂鸣器等。开漏输出GPIO只能输出低电平高电平由外部上拉电阻提供适用于电平不匹配或多个设备共用一条线的场合如IIC总线等。
输入模式
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这个模式。模拟输入则用于ADC 采集。
浮空输入GPIO不连接任何元件只接收外部信号适用于信号源具有较强驱动能力的场合如编码器、PWM捕获等。上拉输入GPIO连接一个内部上拉电阻使输入信号默认为高电平适用于信号源具有较弱驱动能力的场合如按键、UART接收等。下拉输入GPIO连接一个内部下拉电阻使输入信号默认为低电平。模拟输入GPIO可以采集外部模拟信号并转换为数字信号适用于ADC转换等场合。
复用功能:
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。
复用功能GPIO可以配置为特定的功能引脚如定时器、串口、SPI等外设的通道。模拟功能GPIO可以关闭数字功能和内部寄存器并作为纯粹的模拟引脚。
4. 寄存器介绍 每个GPI/O端口有两个32位配置寄存器(GPIOx_CRL GPIOx_CRH)两个32位数据寄存器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)一个32位置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR)一个16位复位寄存器(GPIOx_BRR)和一个32位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)。 4.1 GPIOx_CRL GPIOx_CRL是一个32位的寄存器用来配置GPIO端口的低8位GPIOx0~GPIOx7的工作模式。每4位对应一个引脚分别设置其模式MODE和配置CNF。例如要设置GPIOA0为推挽输出模式输出频率为10MHz可以写
// 将GPIOA0的MODE[1:0]设为01表示输出频率为10MHz
// 将GPIOA0的CNF[1:0]设为00表示推挽输出模式
GPIOA-CRL 0xFFFFFFF0; // 清零低4位
GPIOA-CRL | 0x00000001; // 设置低4位为0001类似地要设置GPIOA7为上拉输入模式可以写
// 将GPIOA7的MODE[1:0]设为00表示输入模式
// 将GPIOA7的CNF[1:0]设为10表示上拉输入模式
GPIOA-CRL 0x0FFFFFFF; // 清零高4位
GPIOA-CRL | 0x80000000; // 设置高4位为10004.2 GPIOx_CRH GPIOx_CRH是一个32位的寄存器用来配置GPIO端口的高8位GPIOx8~GPIOx15的工作模式。它的结构和功能与GPIOx_CRL相同只是对应的引脚不同。例如要设置GPIOA8为开漏输出模式输出频率为50MHz可以写
// 将GPIOA8的MODE[1:0]设为11表示输出频率为50MHz
// 将GPIOA8的CNF[1:0]设为01表示开漏输出模式
GPIOA-CRH 0xFFFFFFF0; // 清零低4位
GPIOA-CRH | 0x00000007; // 设置低4位为0111类似地要设置GPIOA15为下拉输入模式可以写
// 将GPIOA15的MODE[1:0]设为00表示输入模式
// 将GPIOA15的CNF[1:0]设为10表示下拉输入模式
GPIOA-CRH 0x0FFFFFFF; // 清零高4位
GPIOA-CRH | 0x80000000; // 设置高4位为10004.3 GPIOx_IDR GPIOx_IDR是一个32位的寄存器用来读取GPIO端口的输入电平状态。每一位对应一个引脚0表示低电平1表示高电平。例如要读取GPIOA0的输入电平可以写
// 读取GPIOA-IDR的第0位即GPIOA0的输入电平
uint8_t input (GPIOA-IDR 0x00000001) 0;类似地要读取GPIOA15的输入电平可以写
// 读取GPIOA-IDR的第15位即GPIOA15的输入电平
uint8_t input (GPIOA-IDR 0x00008000) 15;(GPIOA-IDR 0x00008000) 15是一个位运算表达式用来提取GPIOA-IDR的第15位的值。它的含义是 GPIOA-IDR是一个32位的寄存器存储了GPIOA端口的输入电平状态每一位对应一个引脚。0x00008000是一个16进制数表示二进制的00000000 00000000 10000000 00000000。是按位与运算符表示将两个操作数的每一位进行逻辑与运算只有当两个操作数的同一位都为1时结果才为1否则为0。是右移运算符表示将左边的操作数向右移动指定的位数左边空出的位置用0填充。15是右移运算符的右边操作数表示移动15位。 所以(GPIOA-IDR 0x00008000) 15的计算过程如下 假设GPIOA-IDR的值为11111111 11111111 11111111 10101010随机举例。将GPIOA-IDR和0x00008000进行按位与运算得到 // 按位与运算
11111111 11111111 11111111 10101010// 按位与
00000000 00000000 10000000 00000000// 结果
------------------------------------
00000000 00000000 10000000 00101010将上一步得到的结果向右移动15位得到 // 右移运算
( // 左括号// 上一步得到的结果// 移动前32个二进制数字省略了前面28个00000000 00000000 10000000 00101010// 移动后32个二进制数字省略了前面28个00000000 00000000 00000000 00000001
) // 右括号// 右移
15 // 移动15位不变// 结果
------------------------------------
... ...最终得到结果为 // 最终结果32个二进制数字省略了前面31个
... ...因此(GPIOA-IDR 0x8000) 15就相当于读取GPIOA-IDR寄存器中第15位置上是否为1或者说是否为高电平。 4.4 GPIOx_ODR GPIOx_ODR是端口输出数据寄存器它的低16位对应x的相应引脚用来设置或读取引脚的状态。例如如果你想让GPIOE的第8个引脚输出高电平你可以写
GPIOE-ODR | 0x0100 // 00000001000000004.5 GPIOx_BSRR GPIOx_BSRR是端口位设置/复位寄存器它的高16位是清除位用来复位对应的引脚;低16位是设置位用来设置对应的引脚。这样可以保证操作某个端口时对其他端口无影响。例如如果你想让GPIOE的第8个引脚输出高电平你可以写
GPIOE-BSRR 0x0100;4.6 GPIOx_BRR GPIOx_BRR是端口位清除寄存器它的低16位对应x的相应引脚用来复位对应的引脚。例如如果你想让GPIOE的第8个引脚输出低电平你可以写GPIOE-BRR 0x0100。它与GPIOx_BSRR的高16位具有相同功能
4.7 GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR异同
既然GPIOx_BSRR都可以做复位操作那么它们有什么不同呢 GPIOx_BRR和GPIOx_BSRR都可以用来控制GPIO的输出但是有一些区别GPIOx_BRR只有低16位有效而GPIOx_BSRR有高16位和低16 GPIOx_BRR的低16位是复位操作而GPIOx_BSRR的高16位是复位操作低16位是设置操作 GPIOx_BRR和GPIOx_BSRR的优先级相同如果同时写入两个寄存器那么复位操作会覆盖设置操作
4.8 GPIOx_BSRR和GPIOx_ODR
GPIOx_BSRR和GPIOx_ODR都可以用来控制GPIO的输出但是有一些区别
GPIOx_BSRR可以单独设置或复位某个引脚而GPIOx_ODR需要对整个端口进行读写操作GPIOx_BSRR是原子操作不会影响其他引脚的状态而GPIOx_ODR可能会产生竞争条件GPIOx_BSRR有高16位和低16位分别对应复位和设置操作而GPIOx_ODR只有低16位有效 一般来说如果你需要对单个引脚进行快速和安全的控制那么GPIOx_BSRR可能更合适如果你需要对整个端口进行统一的控制那么GPIOx_ODR可能更方便。 5. 标准库常用函数
GPIO_DeInit()复位GPIO端口的所有引脚为默认状态。GPIO_Init()初始化GPIO端口的某个或多个引脚。GPIO_StructInit()将GPIO_InitTypeDef结构体的成员初始化为默认值。GPIO_ReadInputDataBit()读取GPIO端口的某个输入引脚的状态。GPIO_ReadInputData()读取GPIO端口的所有输入引脚的状态。GPIO_ReadOutputDataBit()读取GPIO端口的某个输出引脚的状态。GPIO_ReadOutputData()读取GPIO端口的所有输出引脚的状态。GPIO_SetBits()设置GPIO端口的某个或多个输出引脚为高电平。GPIO_ResetBits()设置GPIO端口的某个或多个输出引脚为低电平。GPIO_WriteBit()设置GPIO端口的某个输出引脚为指定电平。GPIO_Write()设置GPIO端口的所有输出引脚为指定电平。
void GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef* GPIOx);
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);
void GPIO_StructInit(GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);
uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);
uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);
void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);6. 写在最后
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