淺析STM32之GPIO結(jié)構(gòu)

　　1、STM32的GPIO結(jié)構(gòu)圖

　　GPIO共有8中設(shè)置模式：輸入浮空、輸入上拉、輸入下拉、模擬輸入、開漏輸出、推挽式輸出、推挽式復(fù)用功能，開漏復(fù)用功能，共4種輸入，2種輸入，2種復(fù)用功能。

　　2、模式說明

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　　圖中施密特觸發(fā)器是開啟的，IO口的狀態(tài)可以直接送到輸入寄存器中，CPU可以直接讀取輸入寄存器；

　　在上圖中，陰影的部分處于不工作狀態(tài)，尤其是下半部分的輸出電路，實際上是與端口處于隔離狀態(tài)。

　　黃色的高亮部分顯示了數(shù)據(jù)傳輸通道，外部的電平信號通過左邊編號1的IO端口進(jìn)入STM32，經(jīng)過編號2的施密特觸發(fā)器的整形送入編號3的輸入數(shù)據(jù)寄存器，在輸入數(shù)據(jù)寄存器的另一端編號4，CPU可以隨時讀出IO端口的電平狀態(tài)。

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　　上圖是STM32的GPIO帶上拉輸入模式的配置。與前面的浮空輸入模式相比，僅僅是在數(shù)據(jù)通道上部，接入了一個上拉電阻，根據(jù)STM32的數(shù)據(jù)手冊，這個上拉電阻阻值介于30K~50K。

　　同樣，CPU可以隨時在輸入數(shù)據(jù)寄存器的另一端，讀出IO端口的電平狀態(tài)。

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　?、苣M輸入

　　施密特觸發(fā)器是關(guān)閉的，信號直接到ADC輸入；

　　STM32的模擬輸入通道的配置則更加簡單，信號從左邊編號1的端口進(jìn)入，從右邊編號2的一端直接進(jìn)入ADC模塊。

　　這里我們看到所有的上拉、下拉電阻和施密特觸發(fā)器，均處于斷開狀態(tài)，因此輸入數(shù)據(jù)寄存器將不能反映端口上的電平狀態(tài)，也就是說，模擬輸入配置下，CPU不能在輸入數(shù)據(jù)寄存器上讀到有效的數(shù)據(jù)。

　?、蓍_漏輸出模式

　　當(dāng)CPU在編號1端通過“位設(shè)置/清楚寄存器”或“輸出數(shù)據(jù)寄存器”寫入數(shù)據(jù)后，該數(shù)據(jù)位通過編號2的輸出控制電路傳送到編號4的IO端口。

　　如果CPU寫入的是邏輯1，則編號3的N-MOS管將處于關(guān)閉狀態(tài)，此時IO端口的電平將由外部的上拉電阻決定，如果CPU寫入的是邏輯0，則編號3的N-MOS管將處于開啟狀態(tài)，此時IO端口的電平被編號3的N-MOS管拉到了VSS的零電位。

　　在上圖的上半部，施密特觸發(fā)器處于開啟狀態(tài)，這意味著CPU可以在“輸入數(shù)據(jù)寄存器”的另一端，隨時監(jiān)控IO端口的狀態(tài)；通過這個特性，還實現(xiàn)了虛擬的IO端口雙向通信，只要CPU輸出邏輯1，由于編號3的N-MOS管處于關(guān)閉狀態(tài)，IO端口的電平將完全由外部電路決定，因此，CPU可以在“輸入數(shù)據(jù)寄存器”讀到外部電路的信號，而不是它自己輸出的邏輯1。

　　GPIO口的輸出模式下，有3種輸出速度可選（2MHz、10MHz和50MHz），這個速度是指GPIO口驅(qū)動電路的響應(yīng)速度，而不是輸出信號的速度，輸出信號的速度與程序有關(guān)（芯片內(nèi)部在IO口的輸出部分安排了多個響應(yīng)速度不同的輸出驅(qū)動電路，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇合適的驅(qū)動電路）。通過選擇速度來選擇不同的輸出驅(qū)動模塊，達(dá)到最佳的噪聲控制和降低功耗的目的。高頻的驅(qū)動電路，噪聲也高，當(dāng)不需要高的輸出頻率時，請選用低頻驅(qū)動電路，這樣非常有利于提高系統(tǒng)的EMI性能。當(dāng)然如果要輸出較高的頻率的信號，但卻選用了較低頻率的驅(qū)動模塊，很可能會得到失真的輸出信號。

　　⑥開漏輸出復(fù)用功能

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　?、嗤仆鞆?fù)用輸出模式

　　GPIO推挽復(fù)用輸出模式，編號2的輸出控制電路的輸入，與復(fù)用功能的輸出端相連，此時輸出數(shù)據(jù)寄存器被從輸出通道斷開了，并和片上外設(shè)的輸出信號連接。我們將GPIO配置成復(fù)用輸出功能后，如果外設(shè)沒有被激活，那么它的輸出將不確定，其它部分與前述模式一致，包括對“輸入數(shù)據(jù)寄存器”的讀取。

　　3、應(yīng)用場合

　?、偕侠斎搿⑾吕斎肟梢杂脕?a target="_blank">檢測外部信號；例如，按鍵等；

　?、诟】蛰斎肽Ｊ?，由于輸入阻抗較大，一般把這種模式用于標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的I2C、USART的接收端；

　?、燮胀ㄍ仆燧敵瞿Ｊ揭话銘?yīng)用在輸出電平為0和3.3V的場合。而普通開漏輸出模式一般應(yīng)用在電平不匹配的場合，如需要輸出5V的高電平，就需要在外部一個上拉電阻，電源為5V，把GPIO設(shè)置為開漏模式，當(dāng)輸出高阻態(tài)時，由上拉電阻和電源向外輸出5V電平。

　?、軐τ谙鄳?yīng)的復(fù)用模式，則是根據(jù)GPIO的復(fù)用功能來選擇，如GPIO的引腳用作串口的輸出，則使用復(fù)用推挽輸出模式。如果用在IC、SMBUS這些需要線與功能的復(fù)用場合，就使用復(fù)用開漏模式。

　?、菰谑褂萌魏我环N開漏模式時，都需要接上拉電阻。