STM32单片机之GPIO概述

GPIO的概述

2.1.1 什么是GPIO？GPIO的作用？

              GPIO：通用输入输出控制器。

              GPIO的作用：芯片用来控制或采集外部器件的相关信息

2.1.2 GPIO的特征

<1>输入状态：浮空、上拉/下拉、模拟

<2>输出状态：推挽或开漏 + 上拉、下拉

<3>将数据输入到输入数据寄存器 (GPIOx_IDR) 或外设（复用功能输入）

<4>从输出数据寄存器 (GPIOx_ODR) 或外设（复用功能输出）输出数据

<5>置位和复位寄存器 (GPIOx_BSRR)，对 GPIOx_ODR 具有按位写权限

<6>模拟功能

<7>复用功能输入 /输出选择寄存器（一个 I/O 最多可具有 16 个复用功能）

<8>输入数据寄存器 (GPIOx_IDR) 每隔 1 个 AHB1 时钟周期捕获一次 I/O 引脚的数据。

<9>所有 GPIO 引脚都具有内部弱上拉及下拉电阻，可根据 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值来打开 /关闭。

2.1.3 GPIO 功能描述

•      输入浮空
•      输入上拉
•      输入下拉
•      模拟功能
•      具有上拉或下拉功能的开漏输出
•      具有上拉或下拉功能的推挽输出
•      具有上拉或下拉功能的复用功能推挽
  

8） 具有上拉或下拉功能的复用功能开漏

注意：每个 I/O 端口位均可自由编程，但 I/O 端口寄存器必须按 32 位字、半字或字节进行访问

2.1.4 5V容忍原理

2.1.5 I/O 引脚复用器和映射

              微控制器 I/O 引脚通过一个复用器连接到板载外设 /模块，该复用器一次仅允许一个外设的复用功能 (AF) 连接到 I/O 引脚

<1>完成复位后，所有 I/O 都会连接到系统的复用功能 0 (AF0)。

<2>外设的复用功能映射到 AF1 至 AF13。

<3>Cortex?-M4F EVENTOUT 映射到 AF15

2.2 GPIO的框架

2.2.1 输入配置

● 输出缓冲器被关闭

● 施密特触发器输入被打开

● 根据 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值决定是否打开上拉和下拉电阻

● 输入数据寄存器每隔 1 个 AHB1 时钟周期对 I/O 引脚上的数据进行一次采样

● 对输入数据寄存器的读访问可获取 I/O 状态

2.2.2 输出配置

● 输出缓冲器被打开：

开漏模式：输出寄存器中的“0”可激活 N-MOS，而输出寄存器中的“1 ”会使端口保持高组态 (Hi-Z)（ P-MOS 始终不激活）。

推挽模式：输出寄存器中的“0”可激活 N-MOS，而输出寄存器中的“1 ”可激活P-MOS。

● 施密特触发器输入被打开

● 根据 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值决定是否打开弱上拉电阻和下拉电阻

● 输入数据寄存器每隔 1 个 AHB1 时钟周期对 I/O 引脚上的数据进行一次采样

● 对输入数据寄存器的读访问可获取 I/O 状态

●对输出数据寄存器的读访问可获取最后的写入值

2.2.3 复用功能

● 可将输出缓冲器配置为开漏或推挽

● 输出缓冲器由来自外设的信号驱动（发送器使能和数据）

● 施密特触发器输入被打开

● 根据 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值决定是否打开弱上拉电阻和下拉电阻

● 输入数据寄存器每隔 1 个 AHB1 时钟周期对 I/O 引脚上的数据进行一次采样

● 对输入数据寄存器的读访问可获取 I/O 状态

复用与通用的对比：

2.2.4 模拟功能

● 输出缓冲器被禁止。

● 施密特触发器输入停用， I/O 引脚的每个模拟输入的功耗变为零。施密特触发器的输出被

强制处理为恒定值 (0)。

● 弱上拉和下拉电阻被关闭。

● 对输入数据寄存器的读访问值为“0”。

2.3 GPIO相关寄存器

2.3.1 GPIO寄存器

              每个IO口有10个寄存器控制

4 个 32 位配置寄存器

GPIOx_MODER

GPIOx_OTYPER

GPIOx_OSPEEDR

GPIOx_PUPDR

2 个 32 位数据寄存器

GPIOx_IDR

GPIOx_ODR

1 个 32 位置位 /复位寄存器

GPIOx_BSRR

1 个 32 位锁定寄存器

GPIOx_LCKR

2 个 32 位复用功能选择寄存器

GPIOx_AFRL

GPIOx_AFRH

2.3.2 寄存器相关缩写

2.4 软件设计

2.4.1 LED灯

              1.开时钟

              2.初始化GPIO

              3.点亮灯

2.4.2 蜂鸣器

1.开时钟

              2.初始化GPIO

              3.开启蜂鸣器

2.4.3 按键

1.开时钟

              2.初始化GPIO

              3.按键识别

                            延时消抖

                            松手检测

2.5 补充

2.5.1 IO口与端口

GPIO口以分组形式存在，每组（端口）有16个IO口。

                            I/O口：某个具体引脚

                            端口：16个I/O口组成

2.5.2 变量与寄存器的异同

                            相同点：

变量与寄存器都向内存申请空间，可以存储数据，都有相应地址。

                            不同点：

变量地址随时变化，寄存器地址永远固定；

变量可以存储浮点类型数据，寄存器不能存储浮点类型数据。

2.5.3 各类电平

              CMOS电平：

3.3V              逻辑1

0.0V              逻辑0

              TTL电平:

                            5.0V              逻辑1

                            0.0V              逻辑0

              485/232电平：

                            -15V～-3V              逻辑1

                            3V～15V              逻辑0

              差分信号：

                            定义：有两条线，通过两条线的电压差作为逻辑0/1。

                            好处：传输距离很远。衰减一致，保证逻辑。

2.5.4 问答

<1>为什么使用模块化编程？

1.降低代码冗余度，提高代码的利用率

2.便于阅读和维护

<2>为什么使用条件编译？

1.为了使代码更加灵活

<3>头文件使用条件编译的作用？

• 防止头文件重复引入
  

<4>注释的作用？

• 提高代码的阅读性
  

<5>头文件一般有什么东西？

• 头文件
• 函数声明
• 宏
• 变量声明
• 变量（不建议）
  

<6>按键按下为什么要延时消抖？

              按键按下瞬间，按键从一个稳定状态变化到另一个稳定状态之间，有一个不稳定的过程，延时是为了越过不稳定状态存在的时间，一般为10ms

<7>按键如何保持一次性？

              松手检测：设置一个静态标志位，用于松手检测。

<8>知识领悟

寄存器是编程人员的编程接口，对于MCU而言，不管你如何封装，一切配置，终究归于寄存器配置；而操作寄存器的本质是对操作地址。

以上的Word格式文档51黑下载地址：

2.STM32-GPIO.docx (1.5 MB, 下载次数: 15)