GPIO工作模式

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分类专栏：嵌入式基本概念文章标签：单片机 stm32 驱动

于 2021-11-04 15:47:16 首次发布

原文链接：https://blog.youkuaiyun.com/as480133937/article/details/98063549

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GPIO,即通用I/O(输入/输出)端口，是STM32可控制的引脚。STM32芯片的GPIO引脚与外部设备连接起来，可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。

GPIO的工作模式

4种输入模式

（1）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
（2）GPIO_Mode_IPU 上拉输入
（3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入
（4）GPIO_Mode_AIN 模拟输入

// 浮空、上拉、下拉
typedef enum
{ 
  GPIO_PuPd_NOPULL = 0x00,
  GPIO_PuPd_UP     = 0x01,
  GPIO_PuPd_DOWN   = 0x02
}GPIOPuPd_TypeDef;
#define IS_GPIO_PUPD(PUPD) (((PUPD) == GPIO_PuPd_NOPULL) || ((PUPD) == GPIO_PuPd_UP) || \
                            ((PUPD) == GPIO_PuPd_DOWN))

4种输出模式

（5）GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出（带上拉或者下拉）
（6）GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出（带上拉或者下拉）
（7）GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出（带上拉或者下拉）
（8）GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出（带上拉或者下拉）

输入不需设置推挽或开漏。

推挽输出：

可以输出强高低电平，连接数字器件。

推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止.

开漏输出：

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. 需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平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)；

在使用任何一种开漏模式时，都需要接上拉电阻，否则只能输出低电平。

// 输入、输出、复用（Alternate function Mode）、模拟（Analog）
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;
#define IS_GPIO_MODE(MODE) (((MODE) == GPIO_Mode_IN)  || ((MODE) == GPIO_Mode_OUT) || \
                            ((MODE) == GPIO_Mode_AF)|| ((MODE) == GPIO_Mode_AN))

// 推挽、开漏
typedef enum
{ 
  GPIO_OType_PP = 0x00,
  GPIO_OType_OD = 0x01
}GPIOOType_TypeDef;
#define IS_GPIO_OTYPE(OTYPE) (((OTYPE) == GPIO_OType_PP) || ((OTYPE) == GPIO_OType_OD))

4种最大输出速度

（1）2MHZ (低速)
（2）25MHZ (中速)
（3）50MHZ (快速)
（4）100MHZ (高速)

// 输出速度
typedef enum
{ 
  GPIO_Low_Speed     = 0x00, /*!< Low speed    */
  GPIO_Medium_Speed  = 0x01, /*!< Medium speed */
  GPIO_Fast_Speed    = 0x02, /*!< Fast speed   */
  GPIO_High_Speed    = 0x03  /*!< High speed   */
}GPIOSpeed_TypeDef;

/* Add legacy definition */
#define  GPIO_Speed_2MHz    GPIO_Low_Speed    
#define  GPIO_Speed_25MHz   GPIO_Medium_Speed 
#define  GPIO_Speed_50MHz   GPIO_Fast_Speed 
#define  GPIO_Speed_100MHz  GPIO_High_Speed  
  
#define IS_GPIO_SPEED(SPEED) (((SPEED) == GPIO_Low_Speed) || ((SPEED) == GPIO_Medium_Speed) || \
                              ((SPEED) == GPIO_Fast_Speed)||  ((SPEED) == GPIO_High_Speed))

GPIO工作模式的选择

1、用于ADC、DAC时

ADC 和 DAC 要将 IO 配置为模拟通道。

当GPIO用于模拟功能时，引脚的上、下拉电阻是不起作用的，这个时候即使配置了上拉或下拉模式，也不会影响到模拟信号的输入输出。

2、除ADC、DAC的其他外设功能

配置为复用功能模式。

3、不接外设时

上拉：悬空时，为高电平。若输入为低电平，则引脚电平为低。
下拉：悬空时，为低电平。若输入为高电平，则引脚电平为高。
浮空：悬空时，引脚电压不定，易受到干扰。

STM32中为弱上拉，即通过此上拉输出的电流是很弱的，如要求大电流还是需要在外部再接大电阻上拉到高电平。上拉电阻一般比较大，因为电阻太小电流分流多，会导致带负载能力弱，一般取5.1K~10K。

只有输出模式才需要配置推挽、开漏，输入模式下不需要配置。

实例——点亮LED灯

硬件

如下图做好外设接线，LED负极连接单片机STM32F407ZET6的PB11。
在这里插入图片描述

软件

将IO配置为推挽输出模式。

#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_gpio.h"

// 配置GPIO
void LED_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;    
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE); // 开启外设时钟

	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_NOPULL;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_11;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); // 初始化
}

int main()
{
	LED_Init();
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_11); // 置高电平，LED常量
}