[Skill] STM32的GPIO工作原理及工作模式

目录

前言

一、引脚说明

二、GPIO的工作模式

2.1 GPIO工作方式

2.2 GPIO基本结构

（1）M3和M4的IO口的结构区别 

​编辑（2）输入输出结构  

三、GPIO的相关配置

3.1  端口模式寄存器（GPIOx_MODER）

3.2 端口输出类型寄存器（GPIOx_OTYPER）

3.3 端口输出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）

3.4 端口上下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）

3.5 端口输入数据寄存器（GPIOx_IDR） 

3.6 端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR） 

3.7 端口置位、复位寄存器（GPIOx_BSRR）

3.8 端口配置锁定寄存器（GPIOx_LCKR）

3.9 复用功能（高低位）寄存器（GPIOx_AFRH/L） 

四、GPIO端口八种模式的区别

4.1 IO口输出的速度

4.2 推挽输出与开漏输出的区别

（1）推挽输出

（2）开漏输出

4.3 IO口工作模式的选择

STM32设置实例：

STM32IO口配置方式：

4.4 IO口复用功能配置

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前言

本文档主要讲解了STM32F4系列的芯片，起始M3系列的GPIO也类似

主要参考的资料
1、STM32F4系列的中文参考手册

2、STM32F407ZGT6的数据手册

3、正点原子的STM32F4开发指南（寄存器版本）

一、引脚说明

这里对STM32F407ZGT6的IO口进行说明

STM32F407ZGT6：一共有7组IO；每组16个IO；一共112个IO，外加PH0/PH1共114个IO

GPIOA——GPIOG、PH0、PH1

在数据手册可以查看引脚的功能

比如搜查PA9，可以看到其处理可以用作IO口输入输出以外还可以复用为其他功能比如定时器TIM1，以及重映射如OTG；查看FT表示支持5V输入输出（M4大部分都支持）。

所有IO都可以作为中断输入 

二、GPIO的工作模式

2.1 GPIO工作方式

• 4种输入模式：输入浮空、输入上拉、输入下拉、模拟输入
• 4种输出模式：开漏输出、复用开漏输出、推挽式输出、复用推挽式输出(均可带上拉或下拉)
• 4种输出速度：2M、25、50、100MHz(M4独有)
• 推挽输出： 可以输出强高低电平，连接数字器件
• 开漏输出： 只可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)
• 上电复位后，GPIO默认为浮空状态，部分特殊功能引脚为特定状态。

2.2 GPIO基本结构

（1）M3和M4的IO口的结构区别 

相比M3，M4将输入的上拉下拉电阻移到了外面，使输出也具有了上拉下拉的功能。

（2）输入输出结构  

 由于输入模式比较简单这里不进行详细说明。输出使用的F1的图，将上下拉移到外面就是F4。

• 开漏输出模式

因此只有NMOS管使能，输出为0的时候IO的状态才能确定是0；而输出为1的时候IO口的状态是由外面的上下拉决定的。

•  复用开漏输出模式

•  推挽输出模式

输出的状态就是IO口的状态。

• 复用推挽输出模式

三、GPIO的相关配置

每组IO口下含有10个及寄存器，一共可以控制16个IO口。

3.1  端口模式寄存器（GPIOx_MODER）

每组16个IO口，32位寄存器，每个IO口占2位，也就是有4种状态可以配置

3.2 端口输出类型寄存器（GPIOx_OTYPER）

高16位没有到，只用到了低16位，每个IO口有两个状态

3.3 端口输出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）

每个IO口占两位，即4种状态2/25/50/100MHz

3.4 端口上下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）

3.5 端口输入数据寄存器（GPIOx_IDR） 

3.6 端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR） 

3.7 端口置位、复位寄存器（GPIOx_BSRR）

3.8 端口配置锁定寄存器（GPIOx_LCKR）

3.9 复用功能（高低位）寄存器（GPIOx_AFRH/L） 

四、GPIO端口八种模式的区别

（1）GPIO_Mode_AIN 模拟输入
（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
（3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入
（4）GPIO_Mode_IPU 上拉输入
（5）GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
（6）GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
（7）GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
（8）GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出

平时接触的最多的也就是推挽输出、开漏输出、上拉输入这三种

4.1 IO口输出的速度

 I/O口的输出模式下，有3种输出速度可选(2MHz、10MHz和50MHz)，这个速度是指I/O口驱动电路的响应速度而不是输出信号的速度，输出信号的速度与程序有关（芯片内部在I/O口 的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路，用户可以根据自己的需要