STM32 学习笔记5 – GPIO 输出-爱写代码的小医生

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01. GPIO 简介

GPIO（General Purpose Input Output）通用输入输出口
可配置为 8 种输入输出模式
引脚电平：0V~3.3V，部分引脚可容忍 5V
输出模式下可控制端口输出高低电平，用以驱动 LED、控制蜂鸣器、模拟通信协议输出时序等
输入模式下可读取端口的高低电平或电压，用于读取按键输入、外接模块电平信号输入、ADC 电压采集、模拟通信协议接收数据等

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)。
根据数据手册中列出的每个 I/O 端口的特定硬件特征， GPIO 端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式。

输入浮空
输入上拉
输入下拉
模拟输入
开漏输出
推挽式输出
推挽式复用功能
开漏复用功能

每个 I/O 端口位可以自由编程，然而 I/0 端口寄存器必须按 32 位字被访问 (不允许半字或字节访问)。GPIOx_BSRR 和 GPIOx_BRR 寄存器允许对任何 GPIO 寄存器的读 / 更改的独立访问；这样，在读和更改访问之间产生 IRQ 时不会发生危险。

02. GPIO 基本结构

系统结构

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基本结构

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03. GPIO 位结构

I/O 端口位的基本结构

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5 伏兼容 I/O 端口位的基本结构

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04. GPIO 模式

通过配置 GPIO 的端口配置寄存器，端口可以配置成以下 8 种模式

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4 种输入模式：

输入浮空
输入上拉
输入下拉
模拟输入

4 种输出模式：

开漏输出
开漏复用功能
推挽式输出
推挽式复用功能

3 种最大翻转速度:

最大输出速度为 2MHz
最大输出速度为 10MHz
最大输出速度为 50MHz

4.1 输入浮空

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。所以在要读取外部信号时通常配置 IO 口为浮空输入模式。
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4.2 输入上拉

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，输入端的电平为低电平。

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4.3 输入下拉

下拉输入模式下，IO 口工作方式刚好和上拉模式相反。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，输入端为高电平。
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4.4 模拟输入

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。

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4.5 开漏输出

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，控制 MOS 管的导通。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。通常使用开漏输出时外部要加一个上拉电阻。

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4.6 开漏复用功能

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。

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4.7 推挽式输出

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，控制 P-MOS 管和 N-MOS 管的导通来控制 IO 口输出高电平还是低电平。这里要注意 P-MOS 管和 N-MOS 管，当设置输出的值为 1 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 管决定为高电平；当设置输出的值为 0 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 管决定为低电平。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。

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