STM32F4的模拟IIC关于SDA输入输出方向的IO口寄存器操作

本文详细解析了STM32F4系列微控制器中GPIO端口模式控制寄存器MODER的功能与操作方法。通过具体代码示例介绍了如何使用MODER寄存器设置PB9 IO口为输入或输出模式,适合初学者理解和实践。

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之前一直没有研究过寄存器,直到今天需要改一下模拟IIC的SDA IO口,就研究了一下,发在这里相当于做个笔记把。

//#define IOSDA_IN()  {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=0<<9*2;}	//PB9输入模式
//#define IOSDA_OUT() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=1<<9*2;} //PB9输出模式

在这里插入图片描述

MODER寄存器是GPIO端口模式控制寄存器。

通过查看手册可以知道,STM32F4系列最多有9组IO,每组下有16个IO口,该MODER寄存器共有32位,每2位控制一个IO(与F1系列不同,F1系列CRH寄存器为4位控制一个IO)。00:输入 01:输出 10:复用 11:模拟。

MODER&=~(3<<(9*2))3的二进制是11,将11左移2*9 (2位控制一个IO,B9就是2*9)共18位,再取反与等,是先将PB9的两位寄存器置0进行复位。
GPIOB->MODER|=0<<9*2:是将0左移2*9共18位并或等,是写入0,设置为输入模式。
GPIOB->MODER|=1<<9*2:同理1<<2*9是写入1作为输出模式。

<think>好的,我现在需要帮用户解决在STM32F4中更改IICIO方向的问题。用户提到想了解如何配置或修改引脚模式,特别是方向控制。首先,我需要回顾一下用户提供的引用内容,看看有没有相关的信息。 首先,引用[3]提到,IICSDA和SCL引脚需要既能输入又能输出。这说明在配置GPIO候,必须设置成开漏输出模式,并且能够切换方向。但STM32的GPIO模式中,输出模式通常是单向的,所以可能需要动态切换模式或者使用特定的配置。 然后看引用[2],用户提到在F4系列中,GPIO的初始化代码使用了GPIO_MODE_OUTPUT_OD,也就是开漏输出模式,并且使能了GPIOB的钟。这可能是一个关键点,因为开漏输出模式允许引脚在输出也能被外部拉低,同配合上拉电阻实现双向通信。但用户的问题是方向切换,可能需要进一步分析如何让同一个引脚在发送和接收切换方向。 接下来,引用[1]中的代码示例,用户展示了IIC起始信号的生成,其中调用了SDA_OUT()函数。这个函数可能是将SDA引脚配置为输出模式,而接收数据可能需要将SDA切换为输入模式。所以,动态切换引脚方向可能是通过改变GPIO的模式或输入/输出状态来实现的。 现在,我需要整合这些信息,思考STM32F4中如何配置IICIO方向。通常,软件模拟IIC需要手动控制SDA方向,即在发送数据设置为输出,接收数据设置为输入。例如,在发送起始信号SDA先输出高电平,然后拉低,此需要配置为输出;而在接收从设备应答,可能需要将SDA设置为输入以读取电平状态。 根据引用[3],用户可能遇到的问题是在配置GPIO没有正确设置模式,导致无法切换方向。正确的做法应该是将GPIO初始化为开漏输出模式(GPIO_MODE_OUTPUT_OD),并配合上拉电阻,这样在输出可以驱动低电平,而释放总线由外部电阻拉高,此可以读取输入状态。因此,可能不需要频繁切换GPIO方向,而是通过输出状态和读取输入寄存器实现。 但是,有些情况下可能需要显式切换引脚方向。例如,当主设备需要释放SDA线以接收从设备的应答信号,可能需要将SDA从输出模式切换到输入模式。这在软件模拟IIC中通常通过改变GPIO的配置来实现,比如使用不同的函数来设置引脚为输入或输出。 例如,在引用[2]的代码中,GPIO被初始化为开漏输出模式,但可能需要在发送和接收切换方向。这候可能需要定义两个宏或函数,比如SDA_OUT()和SDA_IN(),分别将引脚配置为输出和输入模式。具体来说,SDA_OUT()将引脚模式设置为GPIO_MODE_OUTPUT_OD,而SDA_IN()则设置为GPIO_MODE_INPUT,并启用上拉电阻。或者,在开漏输出模式下,通过设置输出寄存器为高电平(即释放总线),然后读取输入寄存器来获取SDA的状态,而不需要切换模式,因为开漏输出模式下,当输出高电平引脚实际上处于高阻态,允许外部设备拉低。 所以,正确的做法可能是在初始化将GPIO配置为开漏输出模式,并开启内部上拉(或者在硬件上添加外部上拉电阻)。在需要读取SDA,将引脚配置为输入模式,或者直接读取输入寄存器,而输出则配置为输出模式。但根据STM32的GPIO配置,可能需要动态切换模式,或者在开漏输出模式下,通过设置输出高电平然后读取输入状态来实现,而无需改变模式。 例如,在发送数据,设置引脚为输出模式,控制SDA的高低电平;在接收数据,先设置引脚为输出高电平(释放总线),然后切换为输入模式,或者直接读取输入状态而不切换模式,因为开漏输出模式下,当输出寄存器设置为1引脚处于高阻态,可以读取外部电平。 现在需要验证这一点。根据STM32的GPIO配置,当设置为开漏输出模式,输出寄存器为1引脚由外部上拉电阻决定电平,此可以读取输入寄存器来获取引脚状态,而不需要切换模式。因此,可能不需要频繁切换方向,而是在发送控制输出,接收读取输入,而保持GPIO模式为开漏输出。这种情况下,初始化只需要配置一次GPIO为GPIO_MODE_OUTPUT_OD,并保持该模式,发送通过设置输出寄存器来驱动低或高,接收直接读取输入寄存器。 这可能更高效,因为不需要在每次发送和接收重新配置GPIO模式。例如,当主机需要释放SDA线以接收ACK,只需要设置输出寄存器为1(高电平),此引脚由上拉电阻维持高电平,然后读取输入寄存器的状态。如果从设备拉低SDA,则输入寄存器会读到0,表示ACK。 因此,正确的配置步骤可能如下: 1. 初始化SCL和SDA引脚为GPIO_MODE_OUTPUT_OD,并启用内部上拉(如果支持)或添加外部上拉电阻。 2. 在发送数据,直接控制输出寄存器来驱动SDA的高低。 3. 在接收数据,先设置SDA的输出寄存器为1(释放总线),然后读取输入寄存器的值。 这样,不需要动态切换GPIO模式,只需在初始化配置一次,之后通过操作输出和输入寄存器即可实现双向通信。 总结用户的问题,答案应该包括初始化配置为开漏输出模式,并说明如何通过设置输出和读取输入来控制方向,可能不需要频繁切换GPIO模式,而是利用开漏输出的特性来实现双向通信。同,可能需要参考引用中的代码,说明如何定义SDA_OUT和SDA_IN函数来切换方向(如果需要),或者解释为何不需要切换。 另外,用户提供的引用[2]中的代码将引脚初始化为开漏输出模式,但没有提到切换方向,可能说明他们在发送和接收通过操作输出寄存器来释放总线,然后读取输入。因此,在教程中需要详细说明这一过程,并提供代码示例,如如何设置输出、如何读取输入,以及可能需要的延。 最后,生成相关问题需要考虑用户可能遇到的后续问题,比如上拉电阻的选择、开漏模式的原理、软件IIC的常见问题等。</think>### STM32F4 IICIO方向配置方法 在STM32F4中,软件模拟IIC通信SDA引脚需要动态切换输入/输出方向实现数据收发。以下是具体配置步骤及原理分析: #### 1. GPIO初始化配置 将SDA和SCL引脚配置为**开漏输出模式**,并启用内部/外部上拉电阻: ```c // 以PB10(SCL)和PB11(SDA)为例 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); // 开漏输出模式 + 上拉电阻 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 开漏输出 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; // 内部上拉 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM; HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct); ``` **关键原理**:开漏输出模式下,输出1引脚处于高阻态,允许外部设备拉低电平;输出0直接驱动低电平[^3]。 #### 2. 方向切换实现 通过两个宏定义动态切换SDA方向: ```c // SDA设置为输出模式 #define SDA_OUT() do { \ GPIOB->MODER &= ~(3 << (11*2)); \ GPIOB->MODER |= (1 << (11*2)); \ } while(0) // SDA设置为输入模式 #define SDA_IN() do { \ GPIOB->MODER &= ~(3 << (11*2)); \ } while(0) ``` **操作说明**: - 发送数据:调用`SDA_OUT()`,通过`HAL_GPIO_WritePin`控制电平 - 接收数据:调用`SDA_IN()`,通过`HAL_GPIO_ReadPin`读取电平 #### 3. 典型操作示例 发送起始信号方向切换: ```c void IIC_Start(void) { SDA_OUT(); // 设置为输出模式 IIC_SDA(1); // 输出高电平 IIC_SCL(1); delay_us(4); IIC_SDA(0); // 拉低SDA delay_us(4); IIC_SCL(0); // 钳住总线 } ``` 接收应答信号操作: ```c uint8_t IIC_Wait_Ack(void) { SDA_IN(); // 切换为输入模式 IIC_SCL(1); delay_us(2); if (READ_SDA == 0) { IIC_SCL(0); return 0; // 收到ACK } IIC_SCL(0); return 1; // 未收到ACK } ``` #### 4. 注意事项 1. 必须外接**4.7KΩ上拉电阻**(若未启用内部上拉) 2. 模式切换后需添加`delay_us(1)`保证电平稳定 3. F4系列GPIO速度建议选择`GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM`[^2]
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