STM32f10xxx 之 GPIO口配置

背景

配置stm32f103使其完成PWM输出的过程中，在配置GPIO口的时候，按照习惯配置GPIO口的speed为50MHZ，突然就意识到，为什么大部分例程习惯配置为50MHZ，而不是其它值，即有了此文章。

正文

先说说GPIO口speed的问题，这个一般是用来定义GPIO口上升沿或者下降沿的时间，频率越高，上升沿下降沿时间越短，但是其噪音也就越大，因此，如果没有特别的需求，该值应该不要配置太高。在技术手册里，其给了3个速度选择，库函数的相应表现形式如下：

/**
  * @brief  Output Maximum frequency selection
  */

typedef enum
{
  GPIO_Speed_10MHz = 1,
  GPIO_Speed_2MHz,
  GPIO_Speed_50MHz
}GPIOSpeed_TypeDef;

50MHZ，意味着GPIO口理论上1s可以翻转50兆次，即1微妙翻转50次，PWM应该不需要如此高的频率，所以，本次PWM的GPIO口速度配置为10MHZ。

再来说说GPIO口其他配置，库函数GPIO口配置的函数为：

/**
  * @brief  Initializes the GPIOx peripheral according to the specified
  *         parameters in the GPIO_InitStruct.
  * @param  GPIOx: where x can be (A..G) to select the GPIO peripheral.
  * @param  GPIO_InitStruct: pointer to a GPIO_InitTypeDef structure that
  *         contains the configuration information for the specified GPIO peripheral.
  * @retval None
  */
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)
{
    // ... 详细内容省略
}

首先传入的第一个参数，勿用多说，即是配置哪一组GPIO口。

详细说说第二个参数，其主要形式表现为：

typedef struct
{
  uint16_t GPIO_Pin;
  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;
  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;
}GPIO_InitTypeDef;

"GPIO_Pin"很好理解，配置该组IO口的具体哪一个GPIO，该值可用或的形式，例如：

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;

该配置代表配置该GPIO口的pin0/1/2/3脚。

"GPIO_Speed"前文已述。

"GPIO_Mode"则是代表该GPIO口工作在哪种工作模式下，配置的值如下：

/**
  * @brief  Configuration Mode enumeration
  */

typedef enum
{ GPIO_Mode_AIN = 0x0,             // 模拟输入
  GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,    // 输入浮空
  GPIO_Mode_IPD = 0x28,            // 输入下拉
  GPIO_Mode_IPU = 0x48,            // 输入上拉
  GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,         // 开漏输出
  GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,         // 推挽输出
  GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,          // 第二功能开漏输出
  GPIO_Mode_AF_PP = 0x18           // 第二功能推挽输出
}GPIOMode_TypeDef;

首先说说数字输入，其有三种状态：输入浮空/输入下拉/输入上拉，IO口配置为输入时，port口工作原理图如下：



如上图所示，当GPIO口配置为数字输入时，输出功能被禁能了。

• “输入上拉”：GPIO口透过内部的上拉电阻连接到VDD，此时，GPIO口的状态为高电平，当GPIO口连接到button时，button另一端接地。button闭合时，GPIO口被拉至低电平，CPU即可判别button按下。在实际使用的情况来看，内部弱上拉，信号总是没有外部上拉来的稳定，特别在上电即需要检测IO状态的情况，并且基本上内部弱上拉只适合检测button这种不严格的电平状况，所以如果有条件外接上拉电阻的话，还是不要配置为弱上拉。
• “输入下拉”：很好解释了，GPIO口透过下拉电阻直接接地，此时GPIO口状态为低电平，若用来检测button，button的另一端不再接地，而是接到VCC，此处得十分注意灌电流，以免烧坏MCU。
• “输入浮空”：则是即不配置为输入上拉，也不配置为输入下拉。即IO口处于电平不稳定状态，若是GPIO口闲置未使用，推荐将其配置为输入上拉或者输入下拉，以免干扰正常程序的进行。输入浮空状态通常配合外接上拉或者外接下拉使用。

接着说数字输出，其也有两种状态：开漏输出/推挽输出，IO口配置为输出时，port口工作原理图如下：

• “开漏输出”：P-MOS管是被禁止的，当向OUTPut寄存器写入“0”的时候，N-MOS管直接导通，将IO口接地，当写入“1”的时候，IO口处于高阻态状态。这种情况一般用于外部自带驱动的情况。
• “推挽输出”：当向OUTPut寄存器写入“0”时，N-MOS管直接导通，将IO口接地，当写入“1”时，P-MOS管，导通，GPIO口直接接入VDD，此时向外输出高电平，但驱动能力一般都很弱，还得考虑灌电流的大小，若是需要驱动大功率器件，外部一般还会增加外放驱动电路。

第二功能输出状态：什么是第二功能，即有些IO口存在复用的情况，复用的功能即被称作第二功能，输出配置如上所示，当IO口被配置为输出时，其输入被默认配置为输入浮空状态，以I2C为例，I2C从机，不仅仅要检测SDA的状态收取数据，还要可以输出状态发送数据，所以第二功能基本上配置为输出，使其即可输入检测，也可输出，输出方式如何配置视具体情况而言，勿用多言。

最后，模拟输入，其port口工作原理图如下：



被配置为模拟输入后，输入检测的施密特触发器和输出部分全部关闭了。输入的值直接接入对应的模拟检测外设，譬如ADC。

说了这么多，接下来以配置TIM2输出PWM的GPIO口配置为例：

TIM2_CH1在“PA0”口，首先使能GPIO A的时钟，

RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );

接着配置IO为复用推挽输出，输出速率选择10MHZ，

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 ;        // PA0：A口的第0个引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   // 复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; // 翻转频率10MHz
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

GPIO如此配置，然后配置定时器（不再详述），最后在PA0即可输出PWM波形了。

至此，记录完毕。

参考链接

Electrical ENGINEERING 论坛的一篇文章 "STM32 Understanding GPIO Settings"。

记录时间：2016-12-30

记录地点：深圳WZ