STM32 GPIO详解

小仙女本仙人 2022-05-13

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下文将根据STM32F207参考手的中GPIO框图讲解GPIO功能。

01、I/O接口电路

带FT的是说明可以容忍5V电压的，I/O电路框图

1.1、普通输入

普通输入模式下，上拉和下拉电阻（微弱）的存在，共分3种模式

浮空输入，不使能上拉电阻，不使能下拉电阻
上拉输入，使能上拉电阻
下拉输入，使能下拉电阻

从上面框图得知，输出缓存是被禁止的

1.2、普通输出

普通输入模式下，上拉和下拉电阻（微弱）的存在。主要是由于P-MOS和N-MOS的存在分为下列两种模式

开漏模式：输出寄存器是 0 时，激活 N-MOS，而输出寄存器是 1 时，端口保持高阻态(P-MOS 不会被使能)
推挽输出：输出寄存器是 0 时，激活 N-MOS，而输出寄存器是 1 时，激活 P-MOS

从上面的框图得知，

1、在普通输出模式中，TTL施密特触发器是打开的，所以读输入数据寄存器，可以得到 I/O 的状态。

2、驱动GPIO输出，我们可以采用输出寄存器也可以使用位段

1.3、模拟输入

模拟输入上拉电阻和下拉电阻是没有用的

高阻态下模拟输入

从上面框图得知

弱上拉和下拉电阻禁止
施密特触发器停用，施密特触发器输出值强制为0
输出缓存被禁止
读输入数据期存器，读到的值为0

注意：IO配置成模拟输入时，不能容忍5V电压

1.4、复用输出

复用输出框图

从上图框图中可以得到5条信息

输出缓存被来自外设的信号驱动(发送数据器使能和数据)，也即是位设置/清除寄存器和输出数据寄存器在这里是无用的
由于P-MOS和N-MOS使能，仍然可以配置成推挽输出和开漏输出
上拉电阻和下拉电阻使能，可以进行配置
TTL施密特触发器使能
可以通过读输入数据寄存器，可以得到 I/O 的状态

02、管脚复用和重映射

管脚复用和重映射(其实是一回事)，STMF10X系列叫重映射，STMF20X系列叫管脚复用，也就是复用功能

2.1、STMF10X系列

STM32上有很多I/O口，也有很多的内置外设想I2C,ADC,ISP,USART等，为了节省引出管脚，这些内置外设基本上是与I/O口共用管脚的，也就是I/O管脚的复用功能。但是STM32还有一特别之处就是：很多复用内置的外设的I/O引脚可以通过重映射功能，从不同的I/O管脚引出，即复用功能的引脚是可通过程序改变的。

三个红框交汇处.STM32F103VCT6这个CPU的USART1接的是PB6/PB7但是上电初始化后默认功能并非是USART1.所以想要用串口功能.必须用端口重映射。

STM32的单片机每个功能模块有自己的时钟系统,所以要想要调用STM32单片机的功能模块时必须先配置对应时钟,然后才能去操作相应的功能模块.端口重映射也一样.如图示:

重映射步骤为:

1.打开重映射时钟和USART重映射后的I/O口引脚时钟,

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB |RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

2.I/O口重映射开启.

GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART1,ENABLE);

3.配制重映射引脚, 这里只需配置重映射后的I/O,原来的不需要去配置.

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
 
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

2.1、STMF20X系列

STMF20X系列(包括之后的40系列)是没有重映射的说法，只有统一的称为复用功能。

从上图看出F10X系列会有专门的普通IO寄存器，会有复用寄存器，使用库函数如下：

void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalStateNewState)

从上图F20X系列使用了复用功能寄存器，然不是像F10系列存在专门的复用寄存器，F20X系列GPIO复用的功能更广。

备注：要先配置GPIO为复用功能，再调用复用的库函数

03、相关名词解释

GPIO模式名字解释

F20系列：GPIO共有四种功能

typedef enum
{ 
  GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */
  GPIO_Mode_OUT  = 0x01, /*!< GPIO Output Mode */
  GPIO_Mode_AF   = 0x02, /*!< GPIO Alternate function Mode */
  GPIO_Mode_AN   = 0x03  /*!< GPIO Analog Mode */
}GPIOMode_TypeDef;