7.STM32中GPIO理解

端口概述

　　在STM32中，每个I/O端口可以由软件配置成为输入/输出模式。复位期间或刚复位后，I/O端口被配置成浮空输入模式。所有的GPIO引脚有一个内部弱上拉和弱下拉，当配置为输入时，

它们可以被激活或者是断开。

　　所有的端口都有外部中断的能力。

　　AF功能：对于复用功能，端口必须配置成复用功能输出模式。当软件把一个GPIO脚配置成复用输出功能，但是外设没有被激活，它的输出将不确定。还可以进行软件重映射I/O复用功能。

输入模式

　　四种输入模式：上拉输入、下拉输入、浮空输入、模拟输入。

以上电路由右至左看：

I/O即GPIO的外接部分；

　　在引脚上下连接保护二极管，当输入电压高于VDD时，上方二极管导通吸收此高电压；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STM32芯片内部有这样的保护，但并不意味着STM32的引脚就无所不能，如果直接将引脚连接大功率器件，比如电机，那么要么电机不转，要么烧坏芯片。如果要驱动一些大功率器件，必须要加大功率及隔离电路驱动。也可以说STM32引脚是用来做控制，而不是做驱动使用的。

　　从图中可以看到，上拉和下拉电阻上都有一个开关，通过配置上下拉电阻开关，可以控制引脚的默认状态电平。当开启上拉时引脚默认电压为高电平，开启下拉时，引脚默认电压为低电平，这样就可以消除引脚不定状态的影响。当然也可以将上拉和下拉的开关都关断，这种状态我们称为浮空模式，一旦配置成这个模式，引脚的电压是不确定的，如果用万用表测量此模式下管脚电压时会发现只有 1 点几伏，而且还不时改变，所以一般情况下我们都会给引脚设置成上拉或者下拉模式，使它有一个默认状态。STM32 上下拉及浮空模式的配置是通过GPIOx_CRL和GPIOx_CRH寄存器控制的，大家在《STM32F1xx中文参考手册》查阅。STM32内部的上拉其实是一个弱上拉，也就是说通过此上拉电阻输出的电流很小，如果想要输出一个大电流，那么就需要外接上拉电阻了。

　　模拟输入配置：上下拉电阻被禁止。因为经过施密特触发器的信号只有1/0两种状态，信号源不经过触发器直接进行输入。

输出模式

　　四种输出模式：推挽输出、开漏输出、复用推挽输出、复用开漏输出。

　　所谓推挽输出模式，是根据P-MOS和N-MOS管的工作方式命名的。在该结构单元输入一个高电平时，P-MOS管导通，N-MOS管截止（可以将P-MOS当作NPN三极管，N-MOS当作PNP三极管来看就非常清楚），对外输出高电平（3.3V）。在该单元输入一个低电平时，P-MOS管截止，N-MOS管导通， 对外输出低电平 （0V） 。如果当切换输入高低电平时，两个MOS管将轮流导通，一个负责灌电流（电流输出到负载），一个负责拉电流（负载电流流向芯片），使其负载能力和开关速度都比普通的方式有很大的提高。

　　在开漏输出模式时，不论输入是高电平还是低电平，P-MOS 管总处于关闭状态。当给这个单元电路输入低电平时，N-MOS 管导通，输出即为低电平。当输入高电平时，N-MOS 管截止，这个时候引脚状态既不是高电平，又不是低电平，我们称之为高阻态。如果想让引脚输出高电平，那么引脚必须外接一个上拉电阻，由上拉电阻提供高电平。在开漏模式时，对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态。

　

　　复用功能输出：当I/O引脚被配置成为复用输出时，内置的外设的信号驱动输出缓冲器被打开，即由片内外设提供输出功能。所以当使用某引脚的复用功能时，一定要打开片上外设、复用时钟，且将使用复用的推挽或者开漏输出。

　　由上图可知，输出电平由输出数据寄存器决定，可以通过修改GPIOx_BSRR来影响电路的输出。

引脚配置

　　STM32的每个外设引脚配置情况可见《STM32中文参考手册》。包括TIM/USART/SPI/I2S/I2C/BxCAN/USB/USB OTG/SDIO/ADC DAC/FSMC等。