文件第7章stm32外設(shè)之gpio

9個(gè)GPIO，140個(gè)引腳GPIO

A：PA0GPIO

B：PB0GPIO

C：PC0PA15PB15PC15GPIO

D：PD0

~PD15GPIO

E：PE0GPIO

F：PF0~PE15~

PF15GPIO

G：PG0

~

PG15GPIO

H：PH0

~

PH15GPIO

I

：PI0

~

PI11GPIO最簡單的功能是輸出高低電平，

GPIO還可以被設(shè)置為輸入功能，用于讀取外部輸入信號(hào)，比如按鍵、開關(guān)等信號(hào)。很多高級(jí)外設(shè)也有功能引腳，并且是與GPIO共用的，具體引腳功能可以通過軟件編程設(shè)置對(duì)應(yīng)的寄存器內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的。圖中最右邊的“I/O引腳”就是芯片實(shí)物的引腳，

焊接時(shí)用到。保護(hù)二極

管用于防止因?yàn)橐_外

部輸入電壓過高或過低

燒壞芯片，雖然有保護(hù)

作用，但這種保護(hù)也是

有限的，大電流大電壓

還是很容易燒毀芯片的，這要求實(shí)際應(yīng)用中我們

要注意保護(hù)芯片，必要

時(shí)設(shè)計(jì)引腳保護(hù)電路。圖中上半部分屬于引腳

輸入功能，通過一個(gè)電

阻和一個(gè)開關(guān)(可以通過寄存器控制開關(guān)狀態(tài))可以把輸入線拉高或者拉

低，這個(gè)電阻阻值大概

為4.7K~10K歐。做為普

通的輸入引腳，I/O引腳的電平通過觸發(fā)器后保

存在輸入數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。圖中上半部分屬于引腳輸入功能，通過一個(gè)電阻和一個(gè)開關(guān)(可以通過寄存器控制開關(guān)狀態(tài))可以把輸入線拉高或者拉低，這個(gè)電阻阻值大概為40K歐。做為普通的輸入引腳，I/O引腳的電平通過觸發(fā)器后保存在輸入數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。圖中下半部分是引腳輸出功能，通過一個(gè)

PMOS管和一個(gè)NMOS管組合而成一個(gè)反相器驅(qū)動(dòng)輸出。對(duì)于普通的引腳電平控制，根據(jù)需要設(shè)置置位或者復(fù)位寄存器的值，這兩個(gè)寄存器的值會(huì)改變輸出數(shù)據(jù)寄存器值，通過輸出控制電路驅(qū)動(dòng)反相器從而改變引腳的狀態(tài)。每個(gè)GPIO包括10個(gè)寄存器來配置GPIO的具體功能（每個(gè)引腳功能都是完全可以獨(dú)立配置，互不影響）：GPIOx_MODER：GPIOx_OTYPER

：GPIO

端口模式寄存器GPIO

端口輸出類型寄存器GPIOx_OSPEEDR

：GPIO

端口輸出速度寄存器GPIOx_PUPDR

：GPIOx_IDR

：GPIOx_ODR

：GPIOx_BSRR

：GPIOx_LCKR

：GPIOx_AFRL

：GPIOx_AFRH

：GPIO

端口上拉/下拉寄存器GPIO

端口輸入數(shù)據(jù)GPIO

端口輸出數(shù)據(jù)寄存器

GPIO

端口置位/復(fù)位寄存器

GPIO

端口配置鎖定寄存器

GPIO

復(fù)用功能低位寄存器

GPIO

復(fù)用功能高位寄存器為實(shí)現(xiàn)不同工作條件要求，GPIO有8種工作模式：模式配置模式寄存器MODER位[0:1]輸出類型寄存器OTYPER位輸出速度寄存器OSPEEDER位上/下拉寄存器PUPDR位[0:1]輸入浮空00不使用不使用00輸入上拉0001輸入下拉0010模擬功能1100開漏通用輸出01100-速度2MHz01-速度25MHz速度50MHz速度100MHz00-無上下拉01-上拉下拉保留推挽通用輸出010復(fù)用推挽輸出100復(fù)用開漏輸出1011.

當(dāng)GPIOx_MODER模式寄存器位[1:0]設(shè)置為00，上/下拉寄存器PUPDR[1:0]位設(shè)置為00時(shí)2.

STM32復(fù)位之后默認(rèn)模式I/O引腳信號(hào)接入到施密特觸發(fā)器的輸入端，在每來一個(gè)AHB1(168MHz)時(shí)鐘脈沖就把輸入端的信號(hào)傳輸?shù)接|發(fā)器的輸出端，施密特觸發(fā)器的輸出端又是與輸入數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR)連通的，所以該數(shù)據(jù)就保存在輸入數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，寄存器本身就是一個(gè)存儲(chǔ)單元(起到緩沖區(qū)效果)，所以輸入數(shù)據(jù)寄存器保存著I/O引腳電平。另外，CPU隨時(shí)都可以讀取寄存器數(shù)據(jù)，從而得知當(dāng)前引腳狀態(tài)。1.

在浮空輸入模式基礎(chǔ)上使能輸入電路中的上拉開關(guān)2.

上拉開關(guān)由上/下拉寄存器PUPDR[0:1]設(shè)置為01來使能。1.

在浮空輸入模式基礎(chǔ)上使能輸入電路中的下拉開關(guān)2.

下拉開關(guān)由上/下拉寄存器PUPDR[0:1]設(shè)置為10來使能。1.

當(dāng)STM32需要進(jìn)行ADC或DAC轉(zhuǎn)換時(shí)，需要把引腳設(shè)置為模擬輸入模式2.

該模式需要配合ADC或DAC外設(shè)使用，否則沒有意義。通用輸出模式就是做為普通用途的輸出模式，比如簡單地控制引腳輸出高低電平。GPIO的輸出是由一個(gè)PMOS管和一個(gè)NMOS管組合形成的反相器驅(qū)動(dòng)。1.

開漏電路概念中的“漏”是指MOS管的漏極(D)，實(shí)際只是利用到NMOS管，PMOS管在開漏模式下是沒有用到的2.

設(shè)置輸出高電平時(shí)引腳實(shí)際是高組態(tài)目的：控制I/O引腳開漏輸出高電平。STM32實(shí)際流程：CPU把端口位設(shè)置/清除寄存器(GPIOx_BSRR)引腳對(duì)應(yīng)外設(shè)置為1，然后驅(qū)動(dòng)端口輸出數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_ODR)對(duì)應(yīng)位為1，實(shí)際上也可以讓CPU直接往GPIOx_ODR寄存器引腳對(duì)應(yīng)位寫入1。GPIOx_ODR寄存器通過一個(gè)選擇電路(與復(fù)用功能輸出做選擇)后輸入到輸出控制電路，經(jīng)過輸出控制電路后在NMOS控制線輸出低電平，這時(shí)NMOS管截止(PMOS管不被激活)，引腳呈高阻狀態(tài)，不會(huì)有電流流動(dòng)。目的：控制I/O引腳開漏輸出低電平。STM32實(shí)際流程：CPU把端口位設(shè)置/清除寄存器(GPIOx_BSRR)對(duì)應(yīng)引腳位復(fù)位置為1，然后驅(qū)動(dòng)輸出數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_ODR)對(duì)應(yīng)位為0，實(shí)際上也可以讓CPU直接望GPIOx_ODR寄存器引腳對(duì)應(yīng)位寫入0。GPIOx_ODR寄存器通過一個(gè)選擇電路(與復(fù)用功能輸出做選擇)后輸入到輸出控制電路，經(jīng)過輸出控制電路后在NMOS控制線輸出高電平，這時(shí)NMOS管導(dǎo)通(PMOS管不被激活)，引腳呈低電平狀態(tài)，允許有電流從引腳流入。另外，整個(gè)過程施密特觸發(fā)輸入是被被激活的，出現(xiàn)在I/O腳上的數(shù)據(jù)在每個(gè)AHB1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)。1.

推挽輸出把PMOS管和NMOS管都用上2.

設(shè)置輸出高電平時(shí)引腳實(shí)際是有電流從引腳流出一個(gè)I/O引腳可以做為普通的IO接口，還可以做為其他外設(shè)的特殊功能引腳，有些引腳可能有4、5種不同功能，這種現(xiàn)象就叫做復(fù)用。引腳復(fù)用為特殊功能引腳，那引腳狀態(tài)就由該外設(shè)決定。開漏模式就是在推挽模式下減少P-MOS管的使用。當(dāng)PH9、PE5和PE6引腳輸出高電平時(shí)對(duì)應(yīng)的LED燈亮，低電平時(shí)LED燈滅。毫無疑問，編程時(shí)PH9、PE5和PE6引腳要設(shè)置為普通輸出模式，不是復(fù)用輸出模式、更不可能是輸入模式，那需要開漏輸出、還是推挽輸出、還是開漏或推挽都可以呢？顯

然，為使得LED燈亮，PH9、PE5和PE6引腳需要輸出高電平，并且需要輸出電流，顯然就需要設(shè)置為推挽輸出模式，因?yàn)槿绻麨殚_漏模式，回流中不會(huì)有電流，沒有電流LED燈當(dāng)

然不會(huì)亮了。雖然CubeMX軟件確實(shí)給我們提供很大的便利，但很多新手都不知道它大概能提供到什么程度。簡單一句概括：提供外設(shè)初始化配置，不提供應(yīng)用程序。CubeMX軟件就是提供PH9、PE5和PE6三個(gè)引腳的初始化配置，我們剛好配置它們輸出高電平，所以燈就亮了。至于要讓LED燈閃爍就屬于用戶應(yīng)用程序了，就需要我們自己實(shí)現(xiàn)了。因?yàn)镃ubeMX軟件生成的代碼注釋部分全部是英文，結(jié)構(gòu)也是比較繁瑣，考慮到大部分初學(xué)者方便，我們會(huì)對(duì)Keil

V5和IAR工程結(jié)構(gòu)和內(nèi)容進(jìn)行對(duì)應(yīng)的改動(dòng)，使得更容易理解至少注釋是中文的。這里我們新建了一個(gè)名為“bsp”的組件，專門用來存放YS-F4Pro開發(fā)板板載外設(shè)的驅(qū)動(dòng)文件，比如圖中的bsp_led.c就是開發(fā)板上3個(gè)LED的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)了簡單的控制函數(shù)方便使用。類似bsp_led.c、bsp_led.h、bsp_usart.c、bsp_usart.h等等文件都是我們自己創(chuàng)建的，與STM32CubeMX軟件生成的gpio.c、gpio.h、usart.c、usart.h等等文件是存在差別的，我們的驅(qū)動(dòng)文件是以開發(fā)板模塊功能為基礎(chǔ)的，CubeMX軟件是以外設(shè)分類的，所以我們的驅(qū)動(dòng)文件實(shí)際上是在CubeMX軟件生成的*.c和*.h文件基礎(chǔ)上再次編輯而成的，我們的驅(qū)動(dòng)文件好處就是新工程程序移植非常方便。HAL庫為每個(gè)外設(shè)(GPIO除外)創(chuàng)建了兩個(gè)結(jié)構(gòu)體，一個(gè)是外設(shè)初始化結(jié)構(gòu)體，一個(gè)是外設(shè)句柄結(jié)構(gòu)體，其中GPIO沒有句柄結(jié)構(gòu)體。這兩個(gè)結(jié)構(gòu)體都是定義在外設(shè)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)頭文件中，比如

stm32f4xx_hal_usart.h文件。初始化結(jié)構(gòu)一般是做為句柄結(jié)構(gòu)體的一個(gè)成員通過指針被引用，而句柄結(jié)構(gòu)體則在外設(shè)HAL函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)被使用，比如在stm32f4xx_hal_usart.c文件。這兩個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)容幾乎包括了外設(shè)的所有可選屬性，理解這兩個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)容對(duì)我們編程非常有幫助。

Pin：引腳編號(hào)選擇，一個(gè)GPIO外設(shè)有16個(gè)引腳可選，這里根據(jù)電路原理圖選擇目標(biāo)引腳，參數(shù)可選：GPIO_PIN_0

、…、GPIO_PIN_15

和GPIO_PIN_ALL

。很多時(shí)候我們可以使用或運(yùn)算選擇多個(gè)：

GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_4。Mode：引腳工作模式選擇，前面內(nèi)容介紹了引腳有八種基本工作模式，選擇結(jié)合到具體的外設(shè)可以有12種模式可選引腳工作模式功能說明GPIO_MODE_INPUT浮空輸入模式GPIO_MODE_OUTPUT_PP推挽輸出模式GPIO_MODE_OUTPUT_OD開漏輸出模式GPIO_MODE_AF_PP推挽復(fù)用功能輸出模式GPIO_MODE_AF_OD開漏復(fù)用功能輸出模式GPIO_MODE_ANALOG模擬輸入模式GPIO_MODE_IT_RISING外部中斷模式：上升沿觸發(fā)GPIO_MODE_IT_FALLING外部中斷模式：下降沿觸發(fā)GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING外部中斷模式：上升沿和下降沿都觸發(fā)GPIO_MODE_EVT_RISING外部事件模式：上升沿觸發(fā)GPIO_MODE_EVT_FALLING外部事件模式：下降沿觸發(fā)GPIO_MODE_EVT_RISING_FALLING外部事件模式：上升沿和下降沿都觸發(fā)Pull：上拉或者下拉選擇，用于輸入模式，可選：GPIO_NOPULL：不上下來；

GPIO_PULLUP

：使能上拉；

GPIO_PULLDOWN：使能下拉。Speed

：引腳最大輸出速度，可選：

GPIO_SPEED_FREQ_LOW：低速(2MHz)；中速(10MHz)

；快速(50MHz)

；高速(100MHz)。Alternate：引腳復(fù)用功能的選擇。具體看“s