STM32 GPIO口的配置和應用

STM32F103ZET6

• 一共有7組IO口（有FT的標識是可以識別5v的）
• 每組IO口有16個IO
• 一共16*7=112個IO

4種輸入模式：
（1） GPIO_Mode_AIN 模擬輸入
（2） GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空輸入
（3） GPIO_Mode_IPD 下拉輸入
（4） GPIO_Mode_IPU 上拉輸入

4種輸出模式：
（5） GPIO_Mode_Out_OD 開漏輸出
（6） GPIO_Mode_Out_PP 推挽輸出
（7） GPIO_Mode_AF_OD 復用開漏輸出
（8） GPIO_Mode_AF_PP 復用推挽輸出

四種輸入模式：

1、一圖記住上拉、下拉、浮空輸入模式：

原理分析：圖中箭頭表示信號流動方向。從I/O引腳向左沿着箭頭方向，首先遇到兩個開關和電阻，與VDD相連的稱為上拉電阻，與Vss相連的稱為下拉電阻，再連接到施密特觸發器（信號轉換）把電壓信號轉化為0、1的數字信號，存儲在輸入數據寄存器（IDR)。然后通過設置配置寄存器（CRL、CRH)控制這兩個開關，於是就可以得到GPIO的上拉輸入、下拉輸入模式和浮空輸入模式，浮空就是既不接上拉也不接下拉。在上拉/下拉/浮空輸入模式中，輸出緩沖器被禁止（P-MOS和N-MOS），施密特觸發器輸入被激活，根據輸入配置（上拉，下拉或浮動）的不同，弱上拉和下拉電阻被連接，讀輸入數據寄存器的值可得到I/O狀態。

小結：

1. 上拉輸入：接入上拉電阻，與電源接通，所以默認狀態下讀到的GPIO引腳電平為高電平，即為1
2. 下拉輸入：接入下拉電阻，與地接通，所以默認狀態下讀到的GPIO引腳電平為低電平，即為0
3. 浮空輸入：既不接上拉也不接下拉，所以輸入的是高電平就是高電平，低電平就是低電平
4. 在輸入模式下可以通過ODR寄存器相對應的位來確定具體是上拉還是下拉，0是下拉，1是上拉。

2、一張圖記住模擬輸入：

原理分析：圖中箭頭表示信號流動方向。可以看出模擬輸入模式關閉了施密特觸發器，也不接上、下拉電阻，經由另一線路把電壓信號傳送到片上外設模塊。如傳送給 ADC 模數轉換模塊，由ADC 采集電壓信號。所以使用 ADC外設時，必須設置為模擬輸入模式。在此模式中，輸出緩沖器被禁止，禁止施密特觸發輸入，實現了每個模擬I/O引腳上的零消耗，施密特觸發輸出值被強制置為0，弱上拉和下拉電阻被禁止，讀取輸入數據寄存器時數值為0。

小結：模擬輸入模式把圖中的紅色字體部分都禁止了。注意：GPIO在輸入模式下是不需要設置端口的最大輸出速度的。

四種輸出模式：

1、一張圖記住開漏和推挽輸出模式：

原理分析：
開漏輸出：圖中箭頭表示信號流動方向。如果往輸出數據寄存器寫入0，因為N-MOS是接地的，低電平信號會激活N-MOS，所以輸出的IO口引腳為低電平。但是反過來是不成立的(另一個模式才可以)，你肯定會想，如果寫入1，P-MOS接電源，所以輸出1，不是這樣的。開漏輸出模式P-MOS從不被激活，所以開漏模式只可以輸出強低電平，高電平得靠外部電阻拉高，要得到高電平狀態需要上拉電阻才行。

推挽輸出：輸出數據寄存器上的0激活N-MOS,I/O口輸出低電平；而輸出數據寄存器上的1將激活P-MOS,I/O口輸出高電平。兩個管子輪流導通，一個負責灌電流，一個負責拉電流，使其負載能力和開關速度都比普通方式有很大提高。

小結：開漏就是推挽的二分之一。開漏模式只可以輸出強低電平。

2、一張圖記住開漏復用和推挽復用輸出：

當I/O端口被配置為復用功能時，其他配置跟開漏和推挽一樣的，只不過開漏和推挽是由CPU來寫，而復用就是外設來寫0和1。至於選擇復用開漏輸出還是復用推挽輸出，是根據 GPIO 復用功能來選擇的，如 GPIO 的引腳用作串口輸出，則使用復用推挽輸出模式；如用在I2C、SMBUS 等這些需要“線與”功能的復用場合，就使用復用開漏模式。

小結：復用是外設來寫0和1。

GPIO相關寄存器配置

每一組IO口都有以下7個寄存器

 - GPIOx_CRL：端口配置低寄存器（32位）
 - GPIOx_CRH：端口配置高寄存器（32位）
 - GPIOx_IDR：端口輸入寄存器（32位）
 - GPIOx_ODR：端口輸出寄存器（32位）
 - GPIOx_BSRR：端口位設置/清除寄存器（32位）
 - GPIOx_BRR：端口位清除寄存器（16位）
 - GPIOx_LCKR：端口配置鎖存寄存器（32位）不常用

1、CRL和CRH寄存器
這兩個32位寄存器是選擇輸入輸出模式的時候起作用的，每4個位控制一個IO口，一組IO口有16個，所以一共需要64位，CRL管理（0~7）的IO口，CRH管理（8 ~15）的IO口。相應的值在MDK中通過一個枚舉類型定義，只需要選擇對應得值即可。

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;

2、ODR和IDR寄存器

ODR寄存器只用到了前面的16位。作用是控制GPIOx(x=A ~ G)的輸出，即設置某個IO口輸出低電平還是高電平，只有在輸出模式下有效。

在固件庫中設置ODR寄存器來控制IO口的輸出狀態是通過這兩個函數來實現的：
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);//讀取一組
void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);//讀取幾個

uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);//讀取一組
uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);//讀取幾個
兩個函數功能類似，區別是，前面的函數用來一次讀取一組I/O口所有I/O口輸出狀態
后面的函數用來一次讀取一組I/O口中一個或者幾個I/O口的輸出狀態。

IDR寄存器也只用到了前面的16位。該寄存器用於讀取GPIOx的輸入，讀取的某個I/O電平，如果對應的位為0(IDRy=0),則說明該腳輸入為低電平；如果是1(IDRy=1),則表示輸入的是高電平。用於寄存器設置的相關庫函數為：

前面的函數用來讀取一組I/O口的一個或者幾個I/O口輸入電平，后面的函數用來一次讀取一組I/O口中所有I/O口的輸入電平。
uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t GPIO_Pin);//讀取一組
uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef*GPIOx);//讀取幾個
比如要讀取GPIOF.3的輸入電平，方法為：GPIO_ReadInputDataBit(GPIOF,GPIO_Pin_3)。

3、端口位 設置/清除寄存器(GPIOx_BSRR)

該寄存器用來置位或復位I/O口，它和ODR寄存器具有類似的作用，都可以用來設置GPIO端口的輸出位是1還是0。如果同時設置了BSy和BRy的對應位，BSy位起作用。其中，對於低16位（0 ~ 15),在相應位ODRy寫1,對應的I/O口會輸出高電平，寫0,則對I/O口沒有任何影響。高16位（16~31)作用剛好相反，對相應的位ODRy寫1會輸出低電平，寫0沒有任何影響。即對於BSRR寄存器，寫0對I/O口電平是沒有任何影響的。要設置某個I/O口電平，只需要設置相關位為1即可。而ODR寄存器要設置某個I/O口電平，首先需要讀出來ODR寄存器的值，然后對整個ODR寄存器重新賦值來達到設置某個或某些I/O口的目的，而BSRR寄存器，就不需先讀，而是直接設置。BSRR 寄存器使用方法如下：

GPIOA->BSRR=1<1;//設置GPIOA.1為高電平
GPIOA->BSRR=1<(16+1);//設置GPIOA.1為低電平

操作BSRR寄存器來設置I/O電平的庫函數為：

//設置一組I/0口中的一個或者多個I/0口為高電平.
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef * GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

4、端口位清除寄存器(GPIOx_BRR)

寄存器用來置位或復位I/O口，即設置GPIO端口輸出低電平。對於低16位（0~15),在相應位ODRy寫1,對應的I/O口會輸出低電平，寫0則對I/O口沒有任何影響。BRR 寄存器使用方法如下：

GPIOA->BRR=0×0001;//設置GPIOA.0為低電平

操作BRR寄存器來設置I/O電平的庫函數為：

//設置一組I/0口中的一個或者多個I/0口為低電平
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t GPIO_Pin);

小結：BSRR和BRR寄存器最終也是操作ODR寄存器，BRR的作用相當於BSRR的高16位，一般使用BSRR的低16位和BRR來設置電平，BSRR的高16位很少使用。

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