第5章通用和復(fù)用功能IO應(yīng)用

第5章通用和復(fù)用功能IO應(yīng)用第一頁(yè)，共59頁(yè)。

1、GPIO基本概念STM32F10xxx的I/O端口可以分為兩類工作方式：（1）用作GeneralPurposeInputOutput（通用輸入/輸出端口）使用，即簡(jiǎn)稱GPIO；（2）用作復(fù)用功能使用，如中斷、ADC、定時(shí)器等使用。

STM32的I/O口是需要軟件配置模式、速度、時(shí)鐘并使能的。第二頁(yè)，共59頁(yè)。2、STM32的I/O端口工作模式

2.1STM32

I/O功能主要功能：輸入浮空輸入上拉輸入下拉模擬輸入開漏輸出推挽式輸出推挽式復(fù)用功能開漏復(fù)用功能輸入輸出第三頁(yè)，共59頁(yè)。

STM32的I/O端口框圖圖5.1STM32的GPIO原理圖書P44漏極第四頁(yè)，共59頁(yè)。

STM32的I/O輸入配置輸入配置有四種：浮空輸入（In_Floating）輸入上拉（IPU:InPush_Up）輸入下拉（IPD：InPush_Down）模擬輸入（AIN：AnologIn）輸出緩沖器被禁止施密特觸發(fā)輸入被激活根據(jù)輸入配置(上拉，下拉或浮動(dòng))的不同，弱上拉和下拉電阻被連接出現(xiàn)在I/O腳上的數(shù)據(jù)在每個(gè)APB2時(shí)鐘被采樣到輸入數(shù)據(jù)寄存器對(duì)輸入數(shù)據(jù)寄存器的讀訪問可得到I/O狀態(tài)第五頁(yè)，共59頁(yè)。

STM32的I/O輸出配置輸出配置有四種：推挽輸出（OUT_PP，PP：Push_Pull）開漏輸出（OUT_OD，OD：OpenDrain）推挽式復(fù)用功能（AF_PP，AF：Alternate-Fuction）開漏復(fù)用功能（AF_OD）輸出緩沖器被激活：開漏模式，推挽模式施密特觸發(fā)輸入被激活弱上拉和下拉電阻被禁止出現(xiàn)在I/O腳上的數(shù)據(jù)在每個(gè)APB2時(shí)鐘被采樣到輸入數(shù)據(jù)寄存器在開漏模式時(shí)，對(duì)輸入數(shù)據(jù)寄存器的讀訪問可得到I/O狀態(tài)在推挽式模式時(shí)，對(duì)輸出數(shù)據(jù)寄存器的讀訪問得到最后一次寫的值。第六頁(yè)，共59頁(yè)。

I/O端口若做GPIO使用時(shí)的配置輸入配置有四種：浮空輸入（In_Floating）輸入上拉（IPU:InPush_Up）輸入下拉（IPD：InPush_Down）模擬輸入（AIN：AnologIn）輸出配置有兩種：推挽輸出（OUT_PP，PP：Push_Pull）開漏輸出（OUT_OD，OD：OpenDrain）第七頁(yè)，共59頁(yè)。

I/O端口若復(fù)用功能使用時(shí)的配置推挽式復(fù)用功能（AF_PP，AF：Alternate-Fuction）輸入時(shí)配置有三種：浮空輸入、輸入上拉、輸入下拉輸出時(shí)配置：推挽式輸入/輸出雙向：輸入出模式為浮空輸入、輸出模式為推挽式開漏復(fù)用功能（AF_OD）輸入時(shí)配置有三種：浮空輸入、輸入上拉、輸入下拉輸出時(shí)配置：開漏模式輸入/輸出雙向：輸入出模式為浮空輸入、輸出模式為開漏模式第八頁(yè)，共59頁(yè)。STM32

GPIO引腳書P47~P53表5.3P50：引腳的描述表5.4TIM2引腳配置表5.5復(fù)用功能映像

第九頁(yè)，共59頁(yè)。

2.2復(fù)用I/O工作模式

GPIO重映射第十頁(yè)，共59頁(yè)。

復(fù)用

復(fù)用，可以重影射引腳和輸出寄存器斷開，并和片上外設(shè)的輸出信號(hào)連接設(shè)置為復(fù)用功能后，如果外設(shè)不被激活，輸出不確定第十一頁(yè)，共59頁(yè)。

STM32

GPIO復(fù)用功能配置復(fù)用配置有三種：復(fù)用輸出：端口配置為開漏模式，輸出控制器與輸出寄存器斷開，與片上外設(shè)的輸出信號(hào)連接，送復(fù)用功能輸出信號(hào)到I/O引腳。復(fù)用輸入：端口必須配置成輸入模式（浮空、上拉或下拉），且輸入引腳必須由外部驅(qū)動(dòng)，I/O引腳信號(hào)經(jīng)施密特觸發(fā)器到達(dá)復(fù)用功能輸入端，送至片上外設(shè)。雙向復(fù)用：端口配置復(fù)用功能輸出模式為開漏模式，輸入驅(qū)動(dòng)器被配置成浮空輸入模式。第十二頁(yè)，共59頁(yè)。

3、I/O端口做GPIO使用時(shí)涉及的寄存器GPIO配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)GPIO數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)復(fù)位寄存器(GPIOx_BRR)置位/復(fù)位寄存器(GPIOx_BSRR)鎖定寄存器(GPIOx_LCKR)I/O端口做復(fù)用功能使用時(shí)涉及的寄存器（后面再講）第十三頁(yè)，共59頁(yè)。

GPIO配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)每個(gè)I/O口需要4位設(shè)置，每組端口（如PA）有16個(gè)I/O，因此，每組端口一共需要16*4位用于設(shè)置，也就是2個(gè)32位的字每個(gè)I/O口需要4位設(shè)置包括：引腳輸入輸出工作模式、速度第十四頁(yè)，共59頁(yè)。端口位配置表第十五頁(yè)，共59頁(yè)。

速度2M、10M、50M為IO端口驅(qū)動(dòng)電路的相應(yīng)速度，并非輸出信號(hào)的速度芯片內(nèi)部在IO端口的輸出部分設(shè)計(jì)了多個(gè)相應(yīng)速度不同的驅(qū)動(dòng)電路，用過根據(jù)設(shè)計(jì)的需要選擇驅(qū)動(dòng)電路

輸出信號(hào)的速度與程序有關(guān)高頻的驅(qū)動(dòng)電路噪聲較高，選用低頻驅(qū)動(dòng)電路可以降低噪聲輸出較高的頻率，選用較低頻率的驅(qū)動(dòng)模塊，可能得到失真的輸出信號(hào)速度與應(yīng)用匹配：串口，bps115.2k---2M即可，節(jié)能、噪聲小；I2C，400K,留一點(diǎn)容量，10M；

SPI18M或9M,選用50M

第十六頁(yè)，共59頁(yè)。GPIO端口輸入數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR)(x=A..E)第十七頁(yè)，共59頁(yè)。端口輸出數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_ODR)(x=A..E)第十八頁(yè)，共59頁(yè)。端口位設(shè)置/清除寄存器(GPIOx_BSRR)(x=A..E)第十九頁(yè)，共59頁(yè)。端口位清除寄存器(GPIOx_BRR)(x=A..E)第二十頁(yè)，共59頁(yè)。端口配置鎖定寄存器(GPIOx_LCKR)(x=A..E)第二十一頁(yè)，共59頁(yè)。結(jié)構(gòu)GPIO_InitTypeDef定義于文件“stm32f10x.h”中：typedefstruct{__IOuint32_tCRL;__IOuint32_tCRH;__IOuint32_tIDR;__IOuint32_tODR;__IOuint32_tBSRR;__IOuint32_tBRR;__IOuint32_tLCKR;}GPIO_TypeDef;GPIO初始化結(jié)構(gòu)體——相關(guān)配置寄存器第二十二頁(yè)，共59頁(yè)。#definePERIPH_BASE((uint32_t)0x40000000)#defineAPB2PERIPH_BASE(PERIPH_BASE+0x10000)#defineGPIOA_BASE(APB2PERIPH_BASE+0x0800)#defineGPIOB_BASE(APB2PERIPH_BASE+0x0C00)#defineGPIOC_BASE(APB2PERIPH_BASE+0x1000)#defineGPIOD_BASE(APB2PERIPH_BASE+0x1400)#defineGPIOE_BASE(APB2PERIPH_BASE+0x1800)#defineGPIOF_BASE(APB2PERIPH_BASE+0x1C00)#defineGPIOG_BASE(APB2PERIPH_BASE+0x2000)#defineGPIOA((GPIO_TypeDef*)GPIOA_BASE)#defineGPIOB((GPIO_TypeDef*)GPIOB_BASE)#defineGPIOC((GPIO_TypeDef*)GPIOC_BASE)#defineGPIOD((GPIO_TypeDef*)GPIOD_BASE)#defineGPIOE((GPIO_TypeDef*)GPIOE_BASE)#defineGPIOF((GPIO_TypeDef*)GPIOF_BASE)#defineGPIOG((GPIO_TypeDef*)GPIOG_BASE)如何使用GPIO數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？如何使用GPIOA指向的結(jié)構(gòu)體成員？定義在Stm32f10x.h中第二十三頁(yè)，共59頁(yè)。結(jié)構(gòu)GPIO_InitTypeDef定義于文件“stm32f10x_gpio.h”中：typedefstruct{uint16_tGPIO_Pin;GPIOSpeed_TypeDefGPIO_Speed;GPIOMode_TypeDefGPIO_Mode;}GPIO_InitTypeDef;使用時(shí)，先定義：GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure訪問其中的成員GPIO_InitStructure.GPIO_Pin……GPIO初始化結(jié)構(gòu)體第二十四頁(yè)，共59頁(yè)。GPIO_Pin參數(shù)用來選擇待設(shè)置的GPIO管腳，使用操作符“|”可以一次選中多個(gè)管腳。GPIO_Pin參數(shù)的取值如表A-1所示。第二十五頁(yè)，共59頁(yè)。GPIO_Speed用以設(shè)置選中管腳的速率，表A-2給出了該參數(shù)可取的值：第二十六頁(yè)，共59頁(yè)。工作模式設(shè)置第二十七頁(yè)，共59頁(yè)。GPIO_Mode用以設(shè)置選中管腳的工作狀態(tài)，表A-3給出了該參數(shù)可取的值。第二十八頁(yè)，共59頁(yè)。

4、應(yīng)用例程（1）STM32外接發(fā)光二極管的電路圖如圖5.16所示，GPIO管腳與對(duì)應(yīng)的LED燈關(guān)系如表5.36。圖5.16發(fā)光二級(jí)管電路第二十九頁(yè)，共59頁(yè)。AdvancedPeripheralBus(APB)PCLK2PCLK1第三十頁(yè)，共59頁(yè)。要求GPIO口輸出工作，必須要進(jìn)行如下設(shè)置：（1）首先使能GPIO時(shí)鐘，由于GPIO的時(shí)鐘是由APB2提供的，所以需要使能RCC_APB2Periph_GPIOF。（2）設(shè)置GPIO管腳工作模式及支持的時(shí)鐘速率。一般當(dāng)GPIO外接發(fā)光二極管時(shí)，可將GPIO管腳的工作模式設(shè)置為：推挽輸出模式。管腳的時(shí)鐘速率不能超過50Mhz。值得注意的是：為降低STM32處理器的功耗，可以依據(jù)實(shí)際需要選擇合適的時(shí)鐘速率，GPIO口支持的最大時(shí)鐘速率越低，其產(chǎn)生的功耗也就越低。第三十一頁(yè)，共59頁(yè)。常用函數(shù)P185根據(jù)GPIO_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)GPIOx寄存器：P185GPIO_Init(GPIO_TypeDef*GPIOx,GPIO_InitTypeDef*GPIO_InitStruct)設(shè)置指定的數(shù)據(jù)端口位P186voidGPIO_SetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin)清除指定的數(shù)據(jù)端口位P186voidGPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin)使能或者失能APB2外設(shè)時(shí)鐘:P191voidRCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_tRCC_APB2Periph,FunctionalStateNewState);typedefenum{DISABLE=0,ENABLE=!DISABLE}FunctionalState;GPIOAGPIOB……GPIO_Pin_0GPIO_Pin_1……GPIOAGPIOB……GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;第三十二頁(yè)，共59頁(yè)。#defineRCC_APB2Periph_AFIO((uint32_t)0x00000001)#defineRCC_APB2Periph_GPIOA((uint32_t)0x00000004)#defineRCC_APB2Periph_GPIOB((uint32_t)0x00000008)#defineRCC_APB2Periph_GPIOC((uint32_t)0x00000010)#defineRCC_APB2Periph_GPIOD((uint32_t)0x00000020)#defineRCC_APB2Periph_GPIOE((uint32_t)0x00000040)#defineRCC_APB2Periph_GPIOF((uint32_t)0x00000080)#defineRCC_APB2Periph_GPIOG((uint32_t)0x00000100)#defineRCC_APB2Periph_ADC1((uint32_t)0x00000200)#defineRCC_APB2Periph_ADC2((uint32_t)0x00000400)#defineRCC_APB2Periph_TIM1((uint32_t)0x00000800)#defineRCC_APB2Periph_SPI1((uint32_t)0x00001000)#defineRCC_APB2Periph_TIM8((uint32_t)0x00002000)#defineRCC_APB2Periph_USART1((uint32_t)0x00004000)#defineRCC_APB2Periph_ADC3((uint32_t)0x00008000)……配置：APB2外設(shè)復(fù)位寄存器(RCC_APB2RSTR)可參考書P35第三十三頁(yè)，共59頁(yè)。設(shè)計(jì)要求1：讓DS1一個(gè)燈亮滅閃爍。用固件庫(kù)函數(shù)進(jìn)行編程具體分幾步走：（1）進(jìn)行相關(guān)引腳的定義（2）使能GPIO時(shí)鐘（3）設(shè)置GPIO管腳工作模式及速率（4）主函數(shù)Stm32f10x_conf.h文件根據(jù)所用資源進(jìn)行配置，本例中至少需要包含：#include"stm32f10x_rcc.h“#include"stm32f10x_gpio.h"第三十四頁(yè)，共59頁(yè)。（1）進(jìn)行頭文件及相關(guān)引腳的定義。#include<stm32f10x.h>#defineRCC_GPIO_LEDRCC_APB2Periph_GPIOF/*LED使用的GPIO時(shí)鐘*/#defineGPIO_LEDGPIOF/*LED燈使用的GPIO組*/#defineDS1_PINGPIO_Pin_6/*DS1使用的GPIO管腳*/Stm32f10x_rcc.hStm32f10.hStm32f10_gpio.h第三十五頁(yè)，共59頁(yè)。（2）使能GPIO時(shí)鐘，由于GPIO的時(shí)鐘是由APB2提供的，所以需要使能RCC_APB2Periph_GPIOF。voidRCC_config(void)/*使能LED燈使用的GPIO時(shí)鐘*/{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOF,ENABLE);}Stm32f10x_rcc.c第三十六頁(yè)，共59頁(yè)。（3）設(shè)置GPIO管腳工作模式及支持的時(shí)鐘速率voidLED_config(void)/*配置LED燈使用的GPIO管腳模式*/{GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

/*定義結(jié)構(gòu)GPIO_InitTypeDef指針，用于配置外設(shè)GPIO信息*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=DS1_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIO_LED,&GPIO_InitStructure);/*使用的LED燈相關(guān)的GPIO口初始化*/}第三十七頁(yè)，共59頁(yè)。（4）主函數(shù)voidDelay(vu32nCount);//延時(shí)子程序intmain(void){RCC_config();//時(shí)鐘初始化設(shè)置LED_config();//LED引腳初始化配置GPIO_SetBits(GPIO_LED,DS1_PIN);/*關(guān)閉DS1指示燈*/while(1) { GPIO_SetBits(GPIO_LED,DS1_PIN);/*關(guān)閉DS1指示燈*/ Delay(0x2FFFFF);//延時(shí)子程序

GPIO_ResetBits(GPIO_LED,DS1_PIN);/*點(diǎn)亮DS1指示燈*/ Delay(0x2FFFFF);//延時(shí)子程序 }}第三十八頁(yè)，共59頁(yè)。第三十九頁(yè)，共59頁(yè)。仿真結(jié)果第四十頁(yè)，共59頁(yè)。5、位段操作復(fù)習(xí)：

SRAM區(qū)和Peripheral區(qū)第四十一頁(yè)，共59頁(yè)。下列公式給出了位段區(qū)字的某一位是如何與位段別名區(qū)中的字地址建立關(guān)系的：

bit_word_addr=bit_band_base+(byte_offset×32)+(bit_number×4)其中：bit_word_addr為位段別名區(qū)中字的地址，它映射到位段某個(gè)目標(biāo)位；bit_band_base是位段別名區(qū)的起始地址；byte_offset包含了目標(biāo)位的字節(jié)在位段區(qū)的序號(hào)；bit_number是目標(biāo)位所在字中的位置(0～31)。以位段區(qū)中地址為0x40000300的字中的位2為例，則對(duì)應(yīng)的位段別名區(qū)中字的地址為：0x42000000+(0x300×32)+(2×4)=0x42006008。也就是說對(duì)0x42006008地址的寫操作，與對(duì)地址0x40000300字節(jié)的位2的執(zhí)行讀-改-寫操作是一樣的，如圖1.9所示。圖1.9位段區(qū)與位段別名區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

第四十二頁(yè)，共59頁(yè)。

6、應(yīng)用例程（2）STM32外接發(fā)光二極管的電路圖如圖5.16所示，GPIO管腳與對(duì)應(yīng)的LED燈關(guān)系如表5.36。圖5.16發(fā)光二級(jí)管電路第四十三頁(yè)，共59頁(yè)。設(shè)計(jì)要求2：位帶操作編程，讓DS1一個(gè)燈亮滅閃爍。用固件庫(kù)函數(shù)進(jìn)行編程具體分幾步走：（1）引用頭文件，進(jìn)行相關(guān)引腳的定義（2）使能GPIO時(shí)鐘（3）設(shè)置GPIO管腳工作模式及速率（4）主函數(shù)第四十四頁(yè)，共59頁(yè)。需在USER文件夾中添加sys.h文件，其中sys.h文件如下：#defineBITBAND(addr,bitnum)((addr&0xF0000000)+0x2000000+((addr&0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))#defineMEM_ADDR(addr)*((volatileunsignedlong*)(addr))#defineBIT_ADDR(addr,bitnum)MEM_ADDR(BITBAND(addr,bitnum))//IO口地址映射#defineGPIOA_ODR_Addr(GPIOA_BASE+12)//0x4001080C//端口輸出數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_ODR)(x=A..E)#defineGPIOA_IDR_Addr(GPIOA_BASE+8)//0x40010808//端口輸入數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR)(x=A..E)……#definePAout(n)BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)//輸出#definePAin(n)BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)//輸入….DS1PFout(6)第四十五頁(yè)，共59頁(yè)。（1）進(jìn)行相關(guān)引腳的定義。#include"sys.h“#include“stm32f10x.h”#defineRCC_GPIO_LEDRCC_APB2Periph_GPIOF/*LED使用的GPIO時(shí)鐘*/#defineGPIO_LEDGPIOF/*LED燈使用的GPIO組*/#defineDS1_PINGPIO_Pin_6/*DS1使用的GPIO管腳*/#defineDS1PFout(6)/*定義GPIOF.6輸出*/在user文件夾中添加sys.h文件第四十六頁(yè)，共59頁(yè)。（2）使能GPIO時(shí)鐘，由于GPIO的時(shí)鐘是由APB2提供的，所以需要使能RCC_APB2Periph_GPIOF。voidRCC_config(void)/*使能LED燈使用的GPIO時(shí)鐘*/{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOF,ENABLE);}第四十七頁(yè)，共59頁(yè)。（3）設(shè)置GPIO管腳工作模式及支持的時(shí)鐘速率voidLED_config(void)/*配置LED燈使用的GPIO管腳模式*/{GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

/*定義結(jié)構(gòu)GPIO_InitTypeDef指針，用于配置外設(shè)GPIO信息*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=DS1_PIN;GPIO_InitStr