STM32的GPIO

news2024/11/25 5:26:02

GPIO基本控制

GPIO(General-Purpose input/output,通用输入/输出接口)

用于感知外部信号（输入模式）和控制外部设备（输出模式）

简单模块：LED,按键，蜂鸣器，温度传感器，使用一个GPIO就可以完成数据的传输/控制

复杂一点的模块OLED，FLASH,六轴传感器需要多个引脚组成“协议”传输数据，USART,IIC,SPI等协议

MCU单片机大都采用引脚复用模式也就是一个GPIO，可以直接控制它输出高低电平，也可以设置为某个协议的引脚之一。此外，一些MCU的引脚，还能设置为ADC模式读取模拟信号，或者设置为DAC模式输出模拟信号

STM32的GPIO（General Purpose Input/Output，通用输入输出）引脚支持多种工作模式，这些模式通过配置GPIOx_MODER（模式寄存器）、GPIOx_OTYPER（输出类型寄存器）、GPIOx_OSPEEDR（输出速度寄存器）、GPIOx_PUPDR（上下拉/复用功能选择寄存器）、以及GPIOx_AFRx（复用功能选择寄存器，对于复用功能而言）等寄存器来实现。虽然具体数字可能因不同的STM32系列和参考手册而略有不同，但一般而言，STM32的GPIO主要可以配置为以下八种（或类似）工作模式：

输入：

模拟输入（Analog Input）：
- 在这种模式下，GPIO引脚被配置为模拟信号输入，用于连接模拟传感器或其他模拟信号源。此时，引脚上的模拟信号可以被ADC（模拟数字转换器）读取。
浮空输入（Floating Input）：
- 浮空输入模式下，引脚处于高阻态，不连接内部上拉或下拉电阻。此时，引脚电平取决于外部电路条件，容易受到噪声影响。
上拉输入（Pull-up Input）：
- 在上拉输入模式下，引脚内部连接了一个上拉电阻到高电平（通常为VDD）。当外部没有信号连接或信号为低电平时，引脚会被上拉到高电平。这有助于稳定输入信号，减少噪声干扰。
下拉输入（Pull-down Input）：
- 与上拉输入相反，下拉输入模式下引脚内部连接了一个下拉电阻到低电平（通常为GND）。当外部没有信号连接或信号为高电平时，引脚会被下拉到低电平。

输出：

开漏输出（Open-Drain Output）：
- 开漏输出模式下，引脚只能输出低电平或高阻态，无法直接输出高电平。当多个开漏输出的引脚连接到一起时，可以实现“线与”功能，即所有引脚都为高阻态时，输出电平由外部上拉电阻决定（外界上拉电阻可以输出高电平）。常用于I2C总线等。
- 开漏输出特性：利用外部电路驱动能力，实现电平转换，方便实现“逻辑与”功能。
- 开漏输出模式下，P-MOS管无效，N-MOS有效。
- 当输出数据寄存器写1，N-MOS断开，输出控制相当于断开，也就是高阻态（所以不能输出高电平）。
- 当输出数据寄存器写0，N-MOS导通，输出控制相当于接VSS，输出为低电平。
- 开漏输出模式下，只有低电平才有驱动能力，高电平无驱动能力，引脚只能输出低电平，可以作为通信协议的驱动方式比如I2C通信的引脚。
推挽输出（Push-Pull Output）：
1. 推挽输出模式下，引脚可以直接驱动外部负载，输出高电平或低电平。这种模式输出电流较大，适用于驱动LED、继电器等负载。

在推挽输出模式下，P-MOS和N-MOS均有效。

当输出寄存器写1，上管导通，下管断开，输出控制接到VDD（电源），输出为高电平
当输出寄存器写0，上管断开，下管导通，输出控制接到VSS（地面或负极），输出为低电平。

复用功能（Alternate Function）：
- 复用功能模式下，GPIO引脚被配置为执行特定的外设功能，如SPI、I2C、USART等通信接口的通信引脚。具体复用为哪种功能，通过配置GPIOx_AFRx寄存器来选择。
复用开漏输出（Alternate Function Open-Drain Output）：
- 这种模式结合了复用功能和开漏输出的特点，引脚被配置为执行特定的外设功能，但输出方式为开漏输出。常用于需要开漏输出的外设接口，如I2C总线接口。

请注意，不是所有的STM32系列都严格遵循上述八种模式分类，但大多数STM32的GPIO都支持类似的功能。具体配置时，应参考具体的STM32系列参考手册。