GPIO功能模式介绍

Posted 2023-03-14

1 GPIO功能模式  

GPIO有八种工作模式

 1、输入浮空  -该模式可以用于按键检测等场景。

2、输入上拉  -上拉电阻导通，施密特触发器打开，输出被禁止。使用内部电阻（内部电阻较大）为“弱上拉”不适合做电流型驱动空闲时，IO呈现高电平

3、输入下拉  -下拉电阻导通，施密特触发器打开，输出被禁止。使用内部电阻（内部电阻较大）为“弱下拉”不适合做电流型驱动空闲时，IO呈现低电平

4、模拟功能  -上下拉电阻断开，施密特触发器关闭，双 MOS管也关闭。上下拉电阻断开，施密特触发器关闭，双 MOS管也关闭。

特点：专门用于模拟信号输入或输出，如：ADC和DAC

5、开漏输出  -STM32的开漏输出模式是数字电路输出的一种，从结果上看它只能输出低电平 Vss或者高阻态，常用于 IIC通讯（IIC_SDA）或其它需要进行电平转换的场景。 

特点：不能输出高电平, 必须有外部（或内部)上拉才能输出高电平(F1)

6、推挽输出  -STM32的开漏输出模式是数字电路输出的一种，从结果上看它只能输出低电平 Vss或者高阻态，常用于 IIC通讯（IIC_SDA）或其它需要进行电平转换的场景。

特点：可输出高低电平，  驱动能力强

7、开漏式复用功能  -STM32的开漏输出模式是数字电路输出的一种，从结果上看它只能输出低电平 Vss或者高阻态，常用于 IIC通讯（IIC_SDA）或其它需要进行电平转换的场景。特点：

1、不能输出高电平，必须有外部（或内部）上拉才能输出高电平

2、由其他外设控制输出

8、推挽式复用功能 -复用功能介绍请查看开漏式复用功能，结构分析请参考推挽输出模式（SPI的SCK）

特点：

1、可输出高低电平, 驱动能力强

2、由其他外设控制输出

图13.1.2.1详细查STM32F103开发指南

1，STM32工作电压范围？

2 V ≤ VDD ≤ 3.6 V

2，GPIO识别电压范围？

COMS端口：-0.3V ≤ VIL ≤ 1.164V

                  1.833V ≤ VIH ≤ 3.6V

3，GPIO输出电流?

单个IO，最大25mA

TTL触发器（整型为方波）

P-MOS&N-MOS管

G：栅极：G=1，N-MOS导通；G=0，P-MOS导通

D：漏极

P：Vgs<0，导通

N：Vgs>0，导通

总结：F4/F7/H7系列和F1系列的GPIO差异点?

1，F1在输出模式，禁止使用内部上下拉，F4/F7/H7在输出模式，可以使用内部上下拉；

2，不同系列IO翻转速度可能不同；

2.GPIO寄存器介绍

（F1系列）GPIO通用寄存器GPIOX_yyy
CRL	CRH	IDR	ODR	BSRR	BRR	LCKR
配置工作模式，输出速度		输入数据	输出数据	设置ODR寄存器的值	F4之后没有这个寄存器，考虑代码兼容性的话不建议使用	配置锁定，用得不多

（F4/F7/H7系列）GPIO通用寄存器GPIOX_yyy
MODER	OTYPER	OSPEEDR	PUPDR	IDR	ODR	BSRR	LCKR
设置模式	设置输出 类型	设置输出 速度	设置上下拉电阻	输入数据	输出数据	设置ODR寄存器值	配置锁定，用得不多

命名注：（F1系列）GPIO通用寄存器GPIOX_yyy              A端口类

                   （F4/F7/H7系列）GPIO通用寄存器GPIOX_yyy   B端口类

A端口配置寄存器（GPIOx_CRL 和 GPIO_x_CRH）

这两个寄存器都是 GPIO口配置寄存器，不过 CRL控制端口的低八位(Px0-Px7的IO口)，CRH控制端口的 高八位（Px8-Px15的IO口）。

A8种工作模式对应的配置

2个配置寄存器就是用来配置 GPIO的相关工作模式和工作速度，它们通过不同的配置组合方法，就决定我们所说的 8种工作模式。

输入上拉/下拉电阻通过ODR寄存器来设置

A端口输出入数据寄存器（IDR）

用于判断IO引脚的电平

A端口输出数据寄存器（ODR）

该寄存器用于控制 GPIOx的输出高电平或者低电平，寄存器描述如图 13.1.3.3所示。

用于设置IO引脚输出的电平

A端口置位/复位寄存器（BSRR）

该寄存器也用于控制 GPIOx的输出高电平或者低电平，寄存器描述如图 13.1.3.4所示

用于设置ODR寄存器

B端口模式寄存器（MODER）

用于设置模式

B端口输出类型寄存器（OTYPER）

用于设置输出类型

B端口输出速度寄存器（OSPEEDR）

用于设置IO的输出速度

B端口上拉/下拉寄存器（PUPDR）

用于设置上拉/下拉电阻

B8种工作模式对应的配置

• B端口输入数据寄存器（IDR）

用于读取IO引脚的电平

B端口输出数据寄存器（ODR）

用于设置IO引脚输出的电平

B端口置位/复位寄存器（BSRR）

用于设置ODR寄存器

思考

ODR和BSRR寄存器控制输出有什么区别？

GPIOB->ODR|= 1 << 3;                   /* PB3= 1 */
GPIOB->BSRR= 0x00000008;      /* PB3 = 1 */
ODR修改：读à改à写
BSRR修改：    写

ST官方给的答案：使用ODR，在读和修改访问之间产生中断时，可能会发生风险；BSRR则无风险

总的来说，建议大家使用BSRR寄存器控制输出！

通用外设驱动模型（四步法）（掌握）

初始化	时钟设置，参数设置，OI设置，中断设置（开中断，设NVIC）
读函数（可选）	从外设读取数据
写函数（可选）	往外设写入数据
中断服务函数（可选）	根据中断标志，处理外设各种中断事务（可选）

• 时钟设置    __HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE()
• 设置工作模式   HAL_GPIO_Init()
• 设置输出状态（可选） HAL_GPIO_WritePin HAL_GPIO_TogglePin()
• 读取输入状态（可选） HAL_GPIO_ReadPin()

HAL库驱动函数	主要寄存器	功能
__HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE()	F1：RCC_APB2ENR F4：RCC_AHB1ENR F7：RCC_AHB1ENR H7：RCC_AHB4ENR	开启GPIO时钟
HAL_GPIO_Init(...)	F1：CRL、CRH、ODR F4/F7/H7：MODER、OTYPER、                  OSPEEDR、PUPDR	初始化GPIO
HAL_GPIO_WritePin(...)	BSRR	控制IO输出高/低电平
HAL_GPIO_TogglePin(...)	BSRR	每次调用IO输出电平翻转一次
HAL_GPIO_ReadPin(...)	IDR	读取IO电平

3.点亮一个LED灯

0805贴片发光二极管参考：

红色：压降范围1.82~1.88V

             电流范围5~8mA

绿色：压降范围1.75~1.82V

             电流范围3~5mA

蓝色：压降范围1.8~2.2V

             电流范围8~10mA

不算LED内阻，电流I=(VCC-压降)/R电阻=（3.3-1.82）/510 =2.9mA

电流微低影响的是亮度

点亮LED灯代码模块

/*----------点亮LED灯代码模块(led.c)--------*/
/*----------------------------------------*/
#include "./BSP/LED/led.h"
void led_init(void)

    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
    gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_5;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &gpio_init_struct);

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);

/*----------点亮LED灯代码模块(led.h)--------*/
/******************************************/
#ifndef __LED_H
#define __LED_H

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"

void led_init(void);

#endif

/*----------点亮LED灯代码模块(main.c)--------*/
/*******************************************/
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"


int main(void)

    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                     /* 延时初始化 */
    led_init();                         /* LED初始化 */
    while(1)
     
        /******************方法一*******************/
//        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);    /* PB5置1 */ 
//        delay_ms(200);
//        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);  /* PB5置0 */
//        delay_ms(200);
        /******************方法二*******************/
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_5);//每次调用IO输出电平翻转一次
        delay_ms(200);
    

按键控制LED灯模块

/*----------按键控制LED灯代码模块(main.c)--------*/
/**********************************   *********/
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LED/key.h"

int main(void)

    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                     /* 延时初始化 */
    led_init();                         /* LED初始化 */
    key_init();                         /* KEY初始化 */
    while(1)
     
      delay_ms(200); //消抖
      if(key_scan())
      
          HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_5);  
      
      else
      
        delay_ms(10);
      
    

/*----------按键控制LED灯代码模块(key.c)--------*/
/**********************************************/
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"

void key_init(void)//按键初始化函数

    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;  //
  
    __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); 
  
    gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_2;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
    HAL_GPIO_Init(GPIOE, &gpio_init_struct);


uint8_t key_scan(void)//按键扫描函数

  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_5)==0)    //读取按键电平
  
    delay_ms(10); //消抖
    while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_5)==0)//等待按键松开
    
      return 1;            //返回值1
    
  
  return 0;                //返回值0

/*----------按键控制LED灯代码模块(key.h)--------*/
/**********************************************/
#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"

void key_init(void);
uint8_t key_scan(void);

#endif

按键的LED初始化同“点亮一个LED灯”！！！

//初始化PB1为输出.并使能时钟       
//LED IO初始化
/*下面主函数是使用HAL库函数实现控制IO口输出*/
#include "led.h"
int main(void)

    HAL_Init();                            //初始化HAL库    
    Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9);    //设置时钟,72M
    delay_init(72);                    //初始化延时函数
    LED_Init();                            //初始化LED    
    
    while(1)
    
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);    //LED0对应引脚PB5拉低，亮，等同于LED0(0)
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);    //LED1对应引脚PE5拉高，灭，等同于LED1(1)
        delay_ms(500);                                            //延时500ms
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);    //LED0对应引脚PB5拉高，灭，等同于LED0(1)
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);    //LED1对应引脚PE5拉低，亮，等同于LED1(0)
        delay_ms(500);                                        //延时500ms 
    

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
/*下面主函数是使用HAL库函数实现控制IO口输出*/

int main(void)

    HAL_Init();                            //初始化HAL库    
    Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9);    //设置时钟,72M
    delay_init(72);                    //初始化延时函数
    LED_Init();                            //初始化LED    
    
    while(1)
    
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);    //LED0对应引脚PB5拉低，亮，等同于LED0(0)
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);    //LED1对应引脚PE5拉高，灭，等同于LED1(1)
        delay_ms(500);                                            //延时500ms
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);    //LED0对应引脚PB5拉高，灭，等同于LED0(1)
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);    //LED1对应引脚PE5拉低，亮，等同于LED1(0)
        delay_ms(500);                                        //延时500ms