STM32基础篇:GPIO

news2024/11/13 9:29:15

GPIO简介

GPIO:即General Purpose Input/Output,通用目的输入/输出。就是一种片上外设(内部模块)。

对于STM32的芯片来说,周围有一圈引脚,有时需要对引脚进行读写(:从外部输入一个信号,连接到IO引脚上,我们去读取输入电平;:通过IO引脚向外输出电平),但CPU本身不能直接读写IO引脚,它必须通过GPIO帮它去执行这个功能。

每一组IO引脚对应一个GPIO,例如:PA0~15,对应GPIOA;PB0~15,对应GPIOB。


GPIO的寄存器组

配置寄存器GPIOx_CR

功能:用来设置IO引脚的参数,共16份,每一份(4个比特位)用来设置单个IO引脚的参数。

CR15CR14CR13CR12
CR11CR10CR9CR8
CR7CR6CR5CR4
CR3CR2CR1CR0

 比如CR0这4个比特位,它负责设置Px0这个引脚的参数(x=A、B、...G)。


输入数据寄存器GPIOx_IDR

这个寄存器共有16个比特位,即对应了一组GPIO的16个引脚。

1514131211109876543210

IDR

15

IDR

14

IDR

13

IDR

12

IDR

11

IDR

10

IDR

9

IDR

8

IDR

7

IDR

6

IDR

5

IDR

4

IDR

3

IDR

2

IDR

1

IDR

0

功能:读取外部输入电平。

例如:IDR0比特位对应Px0引脚,负责读取这个引脚上外部输入信号的电平。如果IDR0为0,则外部输入为低电平;如果IDR0为1,则外部输入为高电平。所以我们可以通过读取输入数据寄存器的值,来判断外部输入信号的电平。


输出数据寄存器GPIOx_ODR

功能:控制IO引脚输出电平

同样是一个16位寄存器,每一位对应一个IO引脚。例如ODR0对应Px0引脚,我们向ODR0写入一个0,则Px0引脚输出一个低电平。我们通过向这个输入数据寄存器写入一个值,来控制IO引脚的输出电平。


GPIO的8种工作模式

为什么会有8种工作模式

STM32的功能比较复杂,需要芯片周围这一圈的IO引脚能够适应不同的工作场景。为了适应不同的工作场景,IO引脚就需要不同工作方式。

对于同一个IO引脚,它既可以作为输入,也可以作为输出;既可以是通用,也可以是复用。从不同角度组合后,具体8个模式如下:

输出输入
输出推挽输入上拉
输出开漏输入下拉
复用推挽输入浮空
复用开漏模拟模式

工作模式分类分析

分类标准1:输入与输出;

分类标准2:通用与复用;

分类标准3:推挽与输出;

分类标准4:上拉、下拉和浮空;

分类标准1:输入与输出

输入:通过IO引脚读取外部输入电平的高低;

输出:通过IO引脚向外输出高低电平

分类标准2:通用与复用

通用:CPU直接控制GPIO进行编程;

复用:CPU通过其他的片上外设,去间接控制GPIO引脚的输出;

对于输入模式没有通用和复用之分,对于CPU和片上外设,它们读取GPIO的输入值的时候,多个对象之间同时读取也不会产生干扰。

分类标准3:推挽和开漏

对于开漏:PMOS管始终断开(可去掉),当输入为1时,为高阻态;输入为0时,为低电平。

分类标准4:上拉、下拉和浮空

针对输入模式,分为上拉、下拉和浮空三种模式。对于IO引脚而言,工作在输入模式下的时候,相当于测量外部电压,所以其内阻为无穷大。

对于某个引脚,当外部为高电平时引脚为高电平,外部为低电平时引脚为低电平。但当外部输入信号断开后,此时IO引脚悬空,会在空间中接收电磁波,IO引脚上的信号会随着电磁波抖动,制造一些杂乱无章的信号。此时为输入浮空模式

因此,我们可以给IO引脚添加上拉电阻或者加一个下拉电阻。(当IO引脚悬空的时候,给一个默认的电平)


模拟模式

对于C8T6芯片,内部有一个ADC模块,此模块会采集外部的输入信号(通过IO口)。ADC模块有10个通道,故需要10个引脚进行采集。当我们使用ADC的时候,就需要将对应的IO引脚来设置成模拟模式。


IO的最大输出速度

最大输出速度:IO允许输出电平的最大切换频率。(仅对于输出模式)

IO引脚的切换频率不能无限大,因为IO引脚的最大切换速度受限于引脚的电平切换的上升时间和下降时间,以及有效输出时间

对于STM32,其IO引脚最大输出速度有3档可选,考虑功耗,实际应用通常选取能满足要求的最小值。如下所示:


附GPIO内部结构图:


GPIO的标准库编程接口

初始化

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef*GPIOx,GPIO_TypeDef*GPIO_InitStruct)
//用于IO引脚的初始化

此函数用于IO引脚的初始化,实际上就是配置CR寄存器里的比特位。


读IDR

UINT8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t GPIO_Pin)
//读取IDR的一个比特位


UINT8_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef*GPIOx)
//读取整个IDR寄存器

读ODR

UINT8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t GPIO_Pin)
//读取ODR的一个比特位


UINT8_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef*GPIOx)
//读取整个ODR寄存器

写ODR

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t GPIO_Pin)
//将ODR的某一位置1


void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t GPIO_Pin)
//将ODR的某一位置0


void GPIO_WriteBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t GPIO_Pin,BitAction BitVal)
//将ODR的某个比特位写0或写1


void GPIO_Write(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t PortVal)
//写ODR寄存器

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