32单片机基础：GPIO输出

news2024/10/4 23:18:59

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简介：

GPIO输出的八种模式

STM32的GPIO工作方式

GPIO支持4种输入模式：

GPIO支持4种输出模式：

浮空输入模式

上拉输入模式

下拉输入模式

模拟输入模式：

开漏输出模式：（PMOS无效，就是开漏输出，）

开漏复用输出模式 （P-MOS和N-MOS都有效）

推挽输出模式

推挽复用输出模式

根据八种模式在keil5上配置好相应的代码

GPIO的相关寄存器 

1.GPIO的输出

       1.1LED闪烁

1.2LED流水灯

1.3：蜂鸣器

简介：

下面都是理论知识，可以稍微看一看，

GPIO的基本结构：

GPIO位结构：

电路图说明：

​​​​​​​​​​​​​​保护二极管：IO 引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。当引脚电压高于 VDD 时，上方的二极管导通；当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。但是尽管如此，还是不能直接外接大功率器件，须加大功率及隔离电路驱动，防止烧坏芯片或者外接器件无法正常工作。

P-MOS管和N-MOS管：由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。这里的电路会在下面很详细地分析到。

TTL肖特基触发器：信号经过触发器后，模拟信号转化为0和1的数字信号。但是，当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时，用其“模拟输入”功能，此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。ADC外设要采集到的原始的模拟信号。

下面介绍一下我们需要的LED,蜂鸣器：

GPIO输出的八种模式

 GPIO的模式：

STM32的GPIO工作方式

GPIO支持4种输入模式：​​​​​​​

  • 浮空输入(GPIO_Mode_IN_FLOATING)

  • 上拉输入(GPIO_Mode_IPU)

  • 下拉输入(GPIO_Mode_IPD)

  • 模拟输入(GPIO_Mode_AIN)

GPIO支持4种输出模式：

  • 开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD)

  • 开漏复用输出(GPIO_Mode_AF_OD)

  • 推挽输出(GPIO_Mode_Out_PP)

  • 推挽复用输出(GPIO_Mode_AF_PP)

同时，GPIO 还支持三种最大翻转速度（2MHz、10MHz、50MHz）。每个I/O口可以自由编程，但 I/O 口寄存器必须按32位字访问。 

需要注意，在查看《STM32中文参考手册V10》中的GPIO的表格时，会看到有“FT”一列，这代表着这个GPIO口是兼容3.3V和5V的；如果没有标注“FT”，就代表着不兼容5V。

浮空输入模式

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。

上拉输入模式

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，输入端的电平也还是低电平。 

下拉输入模式

​​​​​​​

下拉输入模式下，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低电平；并且在 I/O 端口输入为高电平的时候，输入端的电平也还是高电平。

模拟输入模式：

 模拟输入可以说是ADC模数转换器的专属配置。

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。

开漏输出模式：（PMOS无效，就是开漏输出，）

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，途经 N-MOS 管，最终输出到I/O端口。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。

开漏复用输出模式 （P-MOS和N-MOS都有效）

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。

推挽输出模式

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，途经 P-MOS 管和 N-MOS 管，最终输出到 I/O 端口。这里要注意 P-MOS 管和 N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，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：高电平；当设置输出的值为低电平的时候，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：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。

推挽复用输出模式

​​​​​​​推挽复用输出模式，与推挽输出模式很是类似。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。

 

根据八种模式在keil5上配置好相应的代码

现在的很多单片机在GPIO配置的时候，除了配置输入输出类型、速度以外，还需要配置一下模式，即GPIO_Mode。以STM32为例，有输入浮空、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。 下面我们举一种例子来讲一下如何配置，

也为我们点亮LED灯做准备。

第一步：选择时钟寄存器，

 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//配置寄存器的时钟使能
    //自己可以在keil5上跳转到他的函数定义，看看他要什么参数，我这里使用的是GPIOA，你也可以用
    //其他的，第一个参数变成RCC_APB2Periph_GPIOB,就是使用B寄存器

上面配置好了就可以为寄存器输入时钟，当然，时钟也有很多个，我这里选择的是RCC这个，

第二步：

建立一个数组：为啥要建立数组呢？要配置输入输出类型、速度，还有上面一直介绍的八种模式。

存放不同类型的变量C语言是用数组存放的。

 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  //定义一个结构体结构体有下面三个参数

第三部：设定好我们要的输出类型吗，速度，模式。

下面就是八种模式存放在函数的，以枚举类型赋给了相应的值，这样我们就不需要直接给相应的寄存器复制，直接调用这个函数即可：对应的英文如下

  • 浮空输入(GPIO_Mode_IN_FLOATING)

  • 上拉输入(GPIO_Mode_IPU)

  • 下拉输入(GPIO_Mode_IPD)

  • 模拟输入(GPIO_Mode_AIN)

  • 开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD)

  • 开漏复用输出(GPIO_Mode_AF_OD)

  • 推挽输出(GPIO_Mode_Out_PP)

  • 推挽复用输出(GPIO_Mode_AF_PP)

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
//选择什么模式，上述八种模式的一种
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0; 
//我用A0这个I/O口
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
//速度选择50Mhz
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//初始化

 OK，这样的话，我们就已经选择了GPIO的模式，速度，和哪一个引脚。已经拥有了I/O口的使用权。上面这些需要的参数都是可以跳转到函数定义去看看它需要啥的，直接复制粘贴即可

最后就是操作寄存器给0或1就可以输出和读入了，当然，我们还是直接操作相应的函数给他1和0.

GPIO的相关寄存器 

下面GPIO配置寄存器，每一个端口的模式由四位进行配置。16个端口需要64位，（基本很少直接配置寄存器，库函数已经配置好了，我们直接了解库函数的使用，直接调用即可） 

所以配置寄存器有两个，一个是端口配置低寄存器，一个是端口配置高寄存器。

 端口数据寄存器：

低16位对应16个引脚，高16位没有使用。

端口输出寄存器：

低16位是进行设置的，高16位是进行清除的。 

与上面寄存器高16位是一样的功能。为了方便操作设置的，如果你想单一的进行位设置或者清除。多个端口同时进行设置和位清除，使用8.2.5寄存器就OK了，这样可以保证位设置和位清除的同步性，

可以对端口的配置进行锁定，防止意外更改，

 下面是八种模式，函数已经把我们定义好了。我们依次讲一下。

1.GPIO的输出

       1.1LED闪烁

如图所示连接面包板。我使用的是A0这个GPIO,可能图看不太清楚。

代码如下：（基于库函数的工程已经建好的情况下）

这里主要使用main.c函数

main.c

当然，置1还是置0的函数也有很多个

下面四个，具体参数可以转到相应的函数定义去看看它具体要啥。

 

#include "stm32f10x.h"   //32的头文件              
#include "Delay.h"       //延时的文件

int main()
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//配置寄存器的时钟使能
    //自己可以在keil5上跳转到他的函数定义，看看他要什么参数，我这里使用的是GPIOA，你也可以用
    //其他的，第一个参数变成RCC_APB2Periph_GPIOB,就是使用B寄存器
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  //定义一个结构体结构体有下面三个参数
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//选择什么模式，上述八种模式的一种
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
  // GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);//选择A0这个I/O口，置1操作  
  // GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);//选择A0这个I/O口，置0操作
    while(1)
	{
        GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);//选择A0这个I/O口，置0操作
        Delay_ms(100); 
		GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);//选择A0这个I/O口，置1操作 
        Delay_ms(100);
    }
}

Delay函数可以自己找一个，江科大就有，在工程里面建一个文件夹，放在工程里面。最后拿进来就OK了，当然还要很多注意操作事项，我就不展示了。

怎么点亮看自己连接的引脚图。0点亮还是1点亮，具体由自己决定。

我上面连接的电路图是二极管长接正，短接A0口，所以，只有A0口接0就会亮。所以我是0点亮。当然看你的模式是啥，推挽输出的话：二极管长接A0口，短接负极，好像也是可以点亮的，跟它的工作方式有关，自己可以试试。但是开漏输出不行，说明开漏输出没有高电平驱动能力的

1.2LED流水灯

有了上面LED闪烁的例子，其实LED流水灯也很容易。

只不过我们多要操作7个I/O口：初始化部分麻烦了点。

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;对引脚的初始化可以这样，为什么呢？

我们右击下图所示，转到定义。

通过这幅图可以看到，pin0对应的数据是0x01,pin1为0x02........

转为16进制是不是 0000 0000 0000 0001（pin0）

                              0000 0000 0000 0010   (pin1)........

按位或就是            0000 0000 0000 0011  这样就把两个端口全部选上了。

当然最下面还有个GPIO_pin_All,就是把所有引脚全部选上了。

其实时钟控制的那一项，也是可以通过按位或的操作来进行多个选择的，同理，右键

GPIO_SetBits的参数也是可以设置多个引脚的。 

OK，有了上述知识，我就点亮四个灯，来实现流水灯，插入哪一个引脚看自己的选择，我选择

A0,1,2,3.这四个引脚。代码如下：

#include "stm32f10x.h"   //32的头文件              
#include "Delay.h"       //延时的文件

int main()
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//配置寄存器的时钟使能
    //自己可以在keil5上跳转到他的函数定义，看看他要什么参数，我这里使用的是GPIOA，你也可以用
    //其他的，第一个参数变成RCC_APB2Periph_GPIOB,就是使用B寄存器
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  //定义一个结构体结构体有下面三个参数
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//选择什么模式，上述八种模式的一种
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
  // GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);//选择A0这个I/O口，置1操作  
  // GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);//选择A0这个I/O口，置0操作
    while(1)
	{
        GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);//选择A0这个I/O口，置0操作
        Delay_ms(500); 
		GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);//选择A0这个I/O口，置1操作 
        Delay_ms(500);
	    GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);
		Delay_ms(500); 
		GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);//选择A0这个I/O口，置1操作 
        Delay_ms(500);
		GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);//选择A0这个I/O口，置0操作
        Delay_ms(500); 
		GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);//选择A0这个I/O口，置1操作 
        Delay_ms(500);
		GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);//选择A0这个I/O口，置0操作
        Delay_ms(500); 
		GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);//选择A0这个I/O口，置1操作 
        Delay_ms(500);
    }
}

当然，也可以使用 GPIO_Write函数。

GPIO_Write(GPIOA,~0x0001);//0000 0000 0000 0001
Delay_ms(100);
GPIO_Write(GPIOA,~0x0002);//0000 0000 0000 0010
Delay_ms(100);
GPIO_Write(GPIOA,~0x0004);//0000 0000 0000 0100
Delay_ms(100);
GPIO_Write(GPIOA,~0x0008);//0000 0000 0000 1000
Delay_ms(100);

1.3：蜂鸣器

这一部分留给自己操作吧，应该也是很简单的，跟上面的代码差不多。

.

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