STM32外设：GPIOEXIT

Posted 2021-05-26 Rayoli

主要外设：

• GPIO：General Purpose I/O 一般用途IO
• EXIT：External Interrupt/Event Controller 外部中断/事件控制器

辅助外设：

• SYSCFG：System configuration controller系统配置控制器

IO引脚：

• 默认作为一般用途的引脚，连接GPIO
• 用代码设为专用功能引脚，连接特定外设

一、GPIO_input：输入模式(轮询)

主要功能：CPU读取引脚电平(轮询、CPU忙等、效率低)

数据通路：
CPU←...←APB外设总线←存储输入电平IDR←TTL施密特触发器←选择上下拉电阻PUPDR←保护二极管←引脚GPIO_input

GPIO寄存器	作用	数量x位宽	值
MODER	模式	16x2bit	0-输入、1-通用输出、2-复用功能、3-模拟
PUPDR	上下拉电阻	16x2bit	0-无(浮空)、1-上拉、2-下拉
IDR	输入数据	16x1bit	0-低电平、1-高电平

辅助功能：

• 保护二极管：当输入电压过高或过低时，二极管导通，输入电压拉到VDD或GND，保护STM32 MCU
• 上下拉电阻 pull-up/pull-down：内部带有很弱的上下拉电阻绝大多数情况不使用
• TTL施密特触发器：信号进行数字采样

硬件设计

PC13外接上拉式按键(按键控制：按下为低电平)

CubeMX的配置

1. Pinout View：搜索PC13 设置为GPIO_Input
2. System Core-GPIO-引脚清单(单击)
   PC13配置

• *用户标签=KEY1
• GPIO(工作)模式=input mode、GPIO上下拉电阻=No

用户代码

//USER CODE3：后台程序(无限循环)
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC,GPIO_PIN_13)==GPIO_PIN_RESET){//按键按下
    HAL_Delay(10);//延迟去抖动
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC,GPIO_PIN_13)==GPIO_PIN_RESET){//按键仍然按下
     //TODO 执行按键按下后的操作
    }
}
//等待释放：知道引脚变为高电平
while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC,GPIO_PIN_13)==GPIO_PIN_RESET);

二、GPIO_Output：通用输出模式

主要功能：CPU控制引脚输出高低电平

数据通路：
CPU→...→[选择置位/复位BSSR]→选择输出电平ODR→选择输出速度OSPEEDR→选择推挽/开漏OTYPER→选择上下拉电阻PUPDR→保护二极管→引脚GPIO_Output

GPIO寄存器	作用	数量x位宽	值
BSRR	置位/复位	16x2bit	BitReset：0-无操作、1-复位 BitSet：0-无操作、1-置位
ODR	输出数据	16x1bit	0-低电平、1-高电平
OSPEEDR	输出速度	16x2bit	0-低速2MHz、1-中速25MHz、2-快速50MHz、3-高速80MHz~100MHz
OTYPER	输出类型	16x1bit	0-输出推挽、1-输出开漏

输出类型分为推挽、开漏

• 推挽Push-Pull：绝大多数情况，可输出VDD或GND
• 开漏Open Drain：很少情况，可输出GND或浮空（输出高电平需要外接电源和上拉电阻，用于输出电平转换、多个OD输出并联实现“线与”、I2C）

输出速度：输出驱动电路的响应速度，跟应用相匹配，速度配置越高，噪声越大，功耗越大。
User Label（可选）：用来给引脚起别名，提高代码可读性、移植性(更换引脚时只修改宏)，对GPIO端口和引脚定义宏

//在main.h中
#define XXX_GPIO_Port    GPIOx
#define XXX_Pin          GPIO_PIN_y

硬件设计

PA5外接高电平驱动方式的指示灯电路(驱动指示灯：高电平)

CubeMX的配置

1. Pinout View：搜索PA5 设置为GPIO_Output

2. System Core-GPIO-引脚清单(单击)
   PA5配置

• 用户标签=LED2、(工作)模式=Output Push Pull、(初始)输出电平=low、最大输出(翻转)速度=low、上下拉电阻=No

用户代码

//USER CODE3：后台程序(无限循环)
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);//输出高电平
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);//输出低电平
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,GPIO_PIN_5);//输出电平翻转
HAL_Delay(1000);

三、GPIO_Analog：模拟模式

主要功能：引脚作为模拟IO引脚、功率最低(ADC或DAC↔“导线”↔引脚)

数据通路：
ADC或DAC↔选择上下拉电阻PUPDR↔保护二极管↔引脚GPIO_Analog

四、GPIO_AF：复用功能模式

主要功能：将引脚和片上外设相连、引脚作为其他片上外设的专用功能的数字IO引脚(其他片上外设↔“数字导线”↔引脚)

数据通路：
片上外设←TTL施密特触发器←选择上下拉电阻PUPDR←保护二极管←引脚GPIO_AF
片上外设→[选择输出速度OSPEEDR]→[选择推挽/开漏OTYPER]→选择上下拉电阻PUPDR→二极管保护电路→引脚GPIO_AF

寄存器	作用	数量x位宽	值
AFR[2]	复用功能	16x4bit	引脚分配一个复用功能，连接到指定外设，作为(16选1的MUX)

16-1的MUX

• 1根线端：GPIO引脚
• 16根线端：AF0为系统默认的GPIO功能、AF1~AF13作为其他外设的专用功能的数字IO引脚、AF15为EVENTOUT
• 选择端：AFR中的4bit

五、GPIO_Exit：外部中断模式

主要功能：External Interrupte 对引脚设置上升沿、下降沿、双边沿、软件触发中断到NVIC、并由NVIC决定是否发给CPU、并进行中断响应、调用中断函数

数据通路：
Exit输入线(0~15号)←SYSCFG_EXTICR←TTL施密特触发器←选择上下拉电阻PUPDR←保护二极管←引脚GPIO_Exit

SYSCFG寄存器	作用	数量x位宽	值
EXTICR1~4	外部中断配置	16x4bit	IO引脚→(9-1 MUX)→EXIT输入线 0-PA口 1-PB口 2-PC口 3-PD口 4-PE口 5-PF口 6-PG口 7-PH口 8-PI口

中断回调函数←...←CPU←...←NVIC←...←APB外设总线←挂起请求PR←中断屏蔽IMR←[软件触发SWIER]←边沿监测RTSR和FTSR←Exit输入线(0~15号)

EXIT寄存器	作用	数量x位宽	值
RTSR	上升沿触发选择	0-禁止、1-允许
FTSR	下降沿触发器选择	0-禁止、1-允许
SWIER	软件中断/事件	0-无操作、1-软件触发
IMR	输入线的中断请求(屏蔽)	23x1	0-禁止、1-允许
PR	挂起请求	0-没有触发、1-有触发

16个输入线→EXIT→NVIC(7个中断通道)
EXIT 0→EXTI0_IRQHandler
EXIT 1→EXTI1_IRQHandler
EXIT 2→EXTI2_IRQHandler
EXIT 3→EXTI3_IRQHandler
EXIT 4→EXTI4_IRQHandler
EXIT 5~9→EXTI9_5_IRQHandler
EXIT 10~15→EXTI15_10_IRQHandler

硬件设计

PC13外接上拉式按键(按键控制：按下为低电平)
在按下时产生下降沿，PC13的外部中断功能→外部中断线EXTI1

CubeMX的配置

1. Pinout View：搜索PC13 设置为GPIO_EXTI13
2. System Core-GPIO-引脚清单(单击)
   PC13配置

• *用户标签=KEY1、GPIO(工作)模式=外部中断模式 with 下降沿触发
• GPIO上下拉电阻=No

System Core-NVIC-NVIC中断表

• EXTI Line[15:10] interrupts勾选使能
• 抢占优先级=15,子优先级=0

用户代码

//USER CODE4：定义中断回调函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) { 
    if( GPIO_Pin == GPIO_PIN_13 ){ // 判断外部中断源
        //TODO 执行按键按下后的操作
    }
}

六、GPIO_Exit：外部事件模式

主要功能：External Event对引脚设置上升沿、下降沿、双边沿、软件触发事件脉冲给其他片上外设

数据通路：
片上外设←产生事件脉冲←事件屏蔽EMR←[软件触发SWIER]←边沿监测RTSR和FTSR←Exit输入线(0~15号)←SYSCFG_EXTICR←TTL施密特触发器←选择上下拉电阻PUPDR←保护二极管←引脚GPIO_Exit

寄存器	作用	数量x位宽	值
EMR	输入线的事件请求(屏蔽)	23x1	0-禁止、1-允许