STM32GPIO输入和输出

news2024/11/22 18:40:59

一、先看IO端口位的结构

上面部分是输入，下面是输出。

1、I/O输入：

首先，从I/O引脚开始，有两个保护二极管，主要作用是对输入电压限幅，保护内部电路。上面二极管接VDD为3.3V,下面二极管接VSS为0V。当输入电压为超过3.3V,则会导通上面的二极管；当输入电压小于0V也就是负电压，则会导通下面的二极管；如果输入电压为0~3.3V,则二极管不会导通，会正常输入。

接着，来到上拉电阻和下拉电阻。上拉电阻接的VDD,下拉电阻接的VSS,开/关是可以通过程序配置的。如果上面导通，下面断开，就是上拉输入模式；如果下面导通，上面断开，就是下拉输入模式；如果上面和下面都断开，则为浮空输入模式。上拉和下拉的作用为了给输入提供一个默认的输入电平。如果什么都不接，输入为浮空模式，输入的电平就很容易受到干扰。这里的阻值都是很大的，是一种弱上拉和弱下拉，目的是尽量不影响正常的输入操作。

接着，来到TTL肖特基触发器，实际上这个是施密特触发器，这里翻译错误。这个施密特触发器的作用是对输入电压进行整形的。它的执行逻辑是：如果输入电压大于某一阈值，输出就会瞬间升为高电平；如果输入电压小于某一阈值，输出就会瞬间降为低电平；这样可以有效地避免因信号波动造成的输出抖动现象。如下图，输入的电压不稳定，有两个阈值，高于高阈值或小于高阈值且大于低阈值都为高电平；低于低阈值或大于低阈值且小于高阈值都为低电平。

接着，经过施密特整形的波形就可直接写入数据寄存器中了，就可以直接读取高低电平了。

接着，至片上外设是连接外设的，其中有模拟输入，连接到ADC上的，因为ADC需要接收模拟量，所以是连接到施密特触发电路前面的。另一个是复用功能输入，是连接到其他需要读取端口的外设上，比如串口的输入引脚等，这根线接收的是数字量，所以在施密特触发器后面。

2、I/O输出：

首先，数字部分可以由输出数据寄存器或片上外设控制。如果选择输出数据寄存器进行控制，就是普通的IO口输出，写这个寄存器的某一位就可以操作对应的某个端口；

位设置/清除寄存器可以用来单独操作输出数据寄存器的某一位，而不影响其他位，在C语言中就是&=和|=，则在stm32中电路设置好了，只需要配置就行。如果我们要对某一位进行置1的操作(类似于|=)，在位设置寄存器的对应位写1即可，剩下不需要操作的位写0，这样它内部就会有电路，自动将输出数据寄存器中对应位置为1，而剩下写0的位则保持不变；如果我们要对某一位进行置0的操作(类似于&=)，在位设置寄存器的对应位写0即可，剩下不需要操作的位写1。

接着，通过输出控制，来到两个MOS管，上面为P-MOS，下面为N-MOS，这个MOS管就是一种电子开关，通过信号来控制开关的导通和关闭，开关负责将IO口接到VDD或者VSS,这里可以选择推推挽、开漏或者关闭三种输出方式。

在推挽输出模式下，P-MOS和N-MOS均有效。数据寄存器为1时，上管导通，下管断开，输出直接接到VDD,就是输出高电平；数据寄存器为0时，下管导通，上管断开，输出直接接到VSS,就是输出低电平；在这种模式下，高低电平均有较强的驱动能力，所以推挽输出模式也可以叫强推输出模式。在推挽输出模式下，stm32对IO口具有绝对的控制权，高低电平都由stm32说的算。

在开漏输出模式下，这个P-MOS是无效的，只有N-MOS在工作。数据寄存器为1时，下管断开，这时输出相当于断开，也就是高阻模式。数据寄存器为0时，下管导通，这时输出直接接到VSS，也就是输出低电平。作用：可以作为通信协议的驱动方式。另外开漏模式还可以用于输出5V的电平信号，但必须要有上拉电阻的配合，因为本身是不能输出高电平，比如在IIC总线中。

剩下一个状态就是关闭，这个是当引脚配置为输入模式的时候，两个MOS管都无效，也就是输出关闭，端口的电平由外部信号控制。一个端口只有一个输出，但可以由多个输入。

二、GPIO模式

端口可以配置成8个模式，如下：

三、枚举类型

关键字枚举：enum

用途：定义一个取值受限制的整形变量，用于限制变量取值范围；宏定义的集合，里面的值也可以被其他类型引用。其实枚举本质也就是宏定义
定义枚举变量：
enum{FALSE =0，TRUE=1} EnumName;
引用枚举成员：
        EnumName =FALSE;
        EnumName =TRUE;//限制了EnumName;

由于名字过长，一般用typedef进行取个名字。

typedef enum{

FALSE =0，

TRUE=1

}week_t;

然后用week_t定义枚举类型。在32中直接写具体值时必须强转化为枚举类型。
 

四、GPIO输出点亮LED

利用A端0口即PA0，首先配置时钟使能，GPIO初始化。

注意：PA15、PB3、PB4是调试端口，别选，如果当作普通端口，还需要配置。

用到的函数：

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                     //写在最前面
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);  //使能
	//GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;         //推挽输出
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_OD;     //开漏输出，没有高电平驱动那个能力
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0 ;           //PC13口
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;    //选择50HZ就可以了
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);              //GPIO初始化

输出函数：

将GPIO某端某口即某一位引脚设置为高电平

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
或
//BitAction BitVal参数为：
// Bit_SET: to set the port pin
GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal)

 将GPIO某端某口即某一位引脚设置为低电平

void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
或
//BitAction BitVal参数为：
//Bit_RESET: to clear the port pin
GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal)

 延时函数：

delay.c

#include "stm32f10x.h"

/**
  * @brief  微秒级延时
  * @param  xus 延时时长，范围：0~233015
  * @retval 无
  */
void Delay_us(uint32_t xus)
{
	SysTick->LOAD = 72 * xus;				//设置定时器重装值
	SysTick->VAL = 0x00;					//清空当前计数值
	SysTick->CTRL = 0x00000005;				//设置时钟源为HCLK，启动定时器
	while(!(SysTick->CTRL & 0x00010000));	//等待计数到0
	SysTick->CTRL = 0x00000004;				//关闭定时器
}

/**
  * @brief  毫秒级延时
  * @param  xms 延时时长，范围：0~4294967295
  * @retval 无
  */
void Delay_ms(uint32_t xms)
{
	while(xms--)
	{
		Delay_us(1000);
	}
}
 
/**
  * @brief  秒级延时
  * @param  xs 延时时长，范围：0~4294967295
  * @retval 无
  */
void Delay_s(uint32_t xs)
{
	while(xs--)
	{
		Delay_ms(1000);
	}
}

delay.h

#ifndef __DELAY_H   //防止头文件重复包含
#define __DELAY_H

void Delay_us(uint32_t us);
void Delay_ms(uint32_t ms);
void Delay_s(uint32_t s);

#endif

main.c

#include  "stm32f10x.h"                  // Device header
#include  "Delay.h"
int main(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);  //使能
	//GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;         //推挽输出
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_OD;     //开漏输出，没有高电平驱动那个能力
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0 ;           
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;    //选择50HZ就可以了
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	
	while(1) 
	{
		GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);               //设置为高电平
		Delay_ms(500);
	   GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);            //设置为低电平
		Delay_ms(500);
		
		GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_0,Bit_SET); 
		Delay_ms(500);
		GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_0,Bit_RESET);
		Delay_ms(500);
		
		GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_0,(BitAction)1);  //也可以直接写数，但必须转为枚举类型BitAction
		Delay_ms(500);
		GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_0,(BitAction)0);
		Delay_ms(500);
	}
	
}

五、LED流水灯

使用的是GPIOA端0~7引脚作为流水灯的输出引脚。

可以利用如下函数，可直接向GPIO端口写入值，也就是多位数据。

void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal)

main.c:

#include  "stm32f10x.h"                  // Device header
#include  "Delay.h"
int main(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;     //推挽输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_All;           //PA所有引脚
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;    //选择50HZ就可以了
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

	
	while(1) 
	{

		GPIO_Write(GPIOA,~0x0001); //0000 0000 0000 0001,写入值
		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);
		GPIO_Write(GPIOA,~0x0010); //0000 0000 0001 0000
		Delay_ms(100);
		GPIO_Write(GPIOA,~0x0020); //0000 0000 0010 0000
		Delay_ms(100);
		GPIO_Write(GPIOA,~0x0040); //0000 0000 0100 0000
		Delay_ms(100);
		GPIO_Write(GPIOA,~0x0080); //0000 0000 1000 0000
		Delay_ms(100);
	}
	
}

六、让蜂鸣器响起来

这里蜂鸣器用的有源的，自带振荡源，只需给蜂鸣器一个高电平或低电平即可。我用的蜂鸣器是高电平驱动的。

main.c,代码如下:使用的是B12引脚。

#include  "stm32f10x.h"                  // Device header
#include  "Delay.h"
int main(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;     //推挽输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12;          
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;    //选择50HZ就可以了
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);

	
	while(1) 
	{

		GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_12,Bit_SET); 
		Delay_ms(100);
		GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_12,Bit_RESET); 
		Delay_ms(100);
		GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_12,Bit_SET); 
		Delay_ms(100);
		GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_12,Bit_RESET); 
		Delay_ms(700);
	
	}
	
}

七、光敏传感器控制蜂鸣器

光敏传感器使用的是DO引脚输出，只输出0和1。原理是利用的电阻分压。光暗DO输出1，光强DO输出1。DO与B13引脚相连接。

首先，利用分模块文件进行编写程序，代码便于管理和移植。

蜂鸣器代码：

Buzzer.c"

#include "stm32f10x.h"                  // Device header


void Buzzer_Init(void)
{
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);	
   
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;          //推挽输出
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);	
    
}

void Buzzer_ON(void)        //响
{
  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);
}

void Buzzer_OFF(void)       //不响
{
  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);
}

Buzzer.h

#ifndef _BUZZER_H
#define _BUZZER_H

void Buzzer_Init(void);

void Buzzer_ON(void);

void Buzzer_OFF(void);


#endif

光敏传感器：

LightSernsor.c:

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include  "Delay.h"


void LightSensor_Init(void)
{
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   //RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);	
   
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;          //上拉电阻
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_13;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);	

}

uint8_t LightSensor_GetNum(void)
{
	uint8_t LightSensorNum=0;
	
	if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_13)==0)   //光暗DO输出1，光强DO输出0
	{
		
		LightSensorNum=1; 
	}
	
	return LightSensorNum;
}

LightSernsor.h:

#ifndef _LIGHTSENSOR_H
#define _LIGHTSENSOR_H


void LightSensor_Init(void);

uint8_t LightSensor_GetNum(void);


#endif

main.c:

#include  "stm32f10x.h"                  // Device header
#include  "Delay.h"
#include  "Buzzer.h"
#include  "LightSensor.h"

uint8_t LightSensorNum=0;

int main(void)
{
	
	Buzzer_Init();
	LightSensor_Init();
	while(1) 
	{
		LightSensorNum=LightSensor_GetNum();
		if(LightSensorNum==1)   //光强，使蜂鸣器响
		{
			Buzzer_ON();
		}
	   else
		{
			Buzzer_OFF();
		}
		
		

	}
	
}

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