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GPIO 是通用输入/输出端口的简称#xff0c;是 STM32 可控制的引脚。GPIO 的引脚与外部硬件设备连接#xff0c;可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。
以 STM32F103ZET6 芯片为例子#xff0c;该芯片共有 144 脚芯片#xff0c…STM32的 GPIO 介绍
GPIO 是通用输入/输出端口的简称是 STM32 可控制的引脚。GPIO 的引脚与外部硬件设备连接可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。
以 STM32F103ZET6 芯片为例子该芯片共有 144 脚芯片包括7个通用目的的输入/输出口GPIO组分别为GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG同时每组 GPIO 口组有 16 个 GPIO 口。通常简略称为PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx其中 x 为0-15。
STM32的大部分引脚除了当 GPIO 使用之外还可以复用为外设功能引脚比如串口。
GPIO基本结构
每个 GPIO 内部都有这样的一个电路结构这个结构在本文下面会具体介绍。 电路图说明
保护二极管IO 引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、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。但是尽管如此还是不能直接外接大功率器件须加大功率及隔离电路驱动防止烧坏芯片或者外接器件无法正常工作。
P-MOS管和N-MOS管由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。这里的电路会在下面很详细地分析到。
TTL肖特基触发器信号经过触发器后模拟信号转化为0和1的数字信号。但是当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时用其“模拟输入”功能此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。ADC外设要采集到的原始的模拟信号。
需要注意在查看《STM32中文参考手册V10》中的GPIO的表格时会看到有“FT”一列这代表着这个GPIO口是兼容3.3V和5V的如果没有标注“FT”就代表着不兼容5V。
STM32的GPIO工作方式
GPIO支持4种输入模式 浮空输入(GPIO_Mode_IN_FLOATING) 上拉输入(GPIO_Mode_IPU) 下拉输入(GPIO_Mode_IPD) 模拟输入(GPIO_Mode_AIN)
GPIO支持4种输出模式 开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD) 开漏复用输出(GPIO_Mode_AF_OD) 推挽输出(GPIO_Mode_Out_PP) 推挽复用输出(GPIO_Mode_AF_PP)
同时GPIO 还支持三种最大翻转速度2MHz、10MHz、50MHz。每个I/O口可以自由编程但 I/O 口寄存器必须按32位字访问。
浮空输入模式 浮空输入模式下I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说I/O的电平状态是不确定的完全由外部输入决定如果在该引脚悬空在无信号输入的情况下读取该端口的电平是不确定的。
上拉输入模式 上拉输入模式下I/O 端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在 I/O 端口悬空在无信号输入的情况下输入端的电平可以保持在高电平并且在 I/O 端口输入为低电平的时候输入端的电平也还是低电平。
下拉输入模式 下拉输入模式下I/O 端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在 I/O 端口悬空在无信号输入的情况下输入端的电平可以保持在低电平并且在 I/O 端口输入为高电平的时候输入端的电平也还是高电平。
模拟输入模式 模拟输入模式下I/O 端口的模拟信号电压信号而非电平信号直接模拟输入到片上外设模块比如 ADC 模块等等。
开漏输出模式 开漏输出模式下通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值途经 N-MOS 管最终输出到I/O端口。这里要注意 N-MOS 管当设置输出的值为高电平的时候N-MOS 管处于关闭状态此时I/O端口的电平就不会由输出的高低电平决定而是由 I/O 端口外部的上拉或者下拉决定当设置输出的值为低电平的时候N-MOS 管处于开启状态此时 I/O 端口的电平就是低电平。同时I/O 端口的电平也可以通过输入电路进行读取注意I/O 端口的电平不一定是输出的电平。
开漏复用输出模式 开漏复用输出模式与开漏输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源不是让CPU直接写输出数据寄存器取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。
推挽输出模式 推挽输出模式下通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值途经 P-MOS 管和 N-MOS 管最终输出到 I/O 端口。这里要注意 P-MOS 管和 N-MOS管当设置输出的值为高电平的时候P-MOS管处于开启状态N-MOS管处于关闭状态此时I/O端口的电平就由P-MOS管决定高电平当设置输出的值为低电平的时候P-MOS管处于关闭状态N-MOS管处于开启状态此时I/O端口的电平就由N-MOS管决定低电平。同时I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取注意此时I/O端口的电平一定是输出的电平。
推挽复用输出模式 推挽复用输出模式与推挽输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源不是让CPU 直接写输出数据寄存器取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。
总结与分析
1、什么是推挽结构和推挽电路
推挽结构一般是指两个参数相同的三极管或MOS管分别受两互补信号的控制总是在一个三极管或MOS管导通的时候另一个截止。高低电平由输出电平决定。
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。推拉式输出级既提高电路的负载能力又提高开关速度。
2、开漏输出和推挽输出的区别
开漏输出只可以输出强低电平高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极。适合于做电流型的驱动其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)
推挽输出可以输出强高、低电平连接数字器件。
关于推挽输出和开漏输出最后用一幅最简单的图形来概括 该图中左边的便是推挽输出模式其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止而上面NPN三极管导通输出电平VS当比较器输出低电平时则恰恰相反PNP三极管导通输出和地相连为低电平。
右边的则可以理解为开漏输出形式需要接上拉。
3、在STM32中选用怎样选择I/O模式
浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入可以做KEY识别RX1。
带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入。
带下拉输入_IPD—— IO内部下拉电阻输入。
模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入或者低功耗下省电。
开漏输出_OUT_OD ——IO输出0接GNDIO输出1悬空需要外接上拉电阻才能实现输出高电平。当输出为1时IO口的状态由上拉电阻拉高电平但由于是开漏输出模式这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化实现C51的IO双向功能。
推挽输出_OUT_PP ——IO输出0-接GND IO输出1 -接VCC读输入值是未知的。
复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能I2C的SCL、SDA。
复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能TX1、MOSI、MISO.SCK.SS。
