STM32中GPIO工作原理詳解

1、 STM32中GPIO作原理詳解STM32的GPIO介紹GPIO是通輸/輸出端的簡稱，是STM32可控制的引腳。GPIO的引腳與外部硬件設(shè)備連接，可實(shí)現(xiàn)與外部通訊、控制外部硬件或者采集外部硬件數(shù)據(jù)的功能。STM32F103ZET6芯為144腳芯，包括7個通的的輸/輸出（GPIO）組，分別為GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG，同時(shí)每組GPIO組有16個GPIO。通常簡略稱為PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx，其中x為0-15。STM32的部分引腳除了當(dāng)GPIO使之外，還可以復(fù)位外設(shè)功能引腳（如串），這部分在【STM32】STM3

2、2端復(fù)和重映射（AFIO輔助功能時(shí)鐘） 中有詳細(xì)的介紹。GPIO基本結(jié)構(gòu)每個GPIO內(nèi)部都有這樣的個電路結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)在本下會具體介紹。電路圖分析保護(hù)極管：IO引腳上下兩邊兩個極管于防引腳外部過、過低的電壓輸。當(dāng)引腳電壓于VDD時(shí)，上的極管導(dǎo)通；當(dāng)引腳電壓低于VSS時(shí)，下的極管導(dǎo)通，防不正常電壓引芯導(dǎo)致芯燒毀。但是盡管如此，還是不能直接外接功率器件，須加功率及隔離電路驅(qū)動，防燒壞芯或者外接器件法正常作。P-MOS管和N-MOS管：由P-MOS管和N-MOS管組成的單元電路使得GPIO具有“推挽輸出”和“開漏輸出”的模式。這的電路會在下很詳細(xì)地分析到。TTL肖特基觸發(fā)器：信號經(jīng)過觸發(fā)器后，模擬信

3、號轉(zhuǎn)化為0和1的數(shù)字信號。但是，當(dāng)GPIO引腳作為ADC采集電壓的輸通道時(shí)，其“模擬輸”功能，此時(shí)信號不再經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)TTL電平轉(zhuǎn)換。ADC外設(shè)要采集到的原始的模擬信號。這需要注意的是，在查看STM32中參考冊V10中的GPIO的表格時(shí)，會看到有“FT”列，這代表著這個GPIO時(shí)兼容3.3V和5V的；如果沒有標(biāo)注“FT”，就代表著不兼容5V。STM32的GPIO作式GPIO持4種輸模式（浮空輸、上拉輸、下拉輸、模擬輸）和4種輸出模式（開漏輸出、開漏復(fù)輸出、推挽輸出、推挽復(fù)輸出）。同時(shí)，GPIO還持三種最翻轉(zhuǎn)速度（2MHz、10MHz、50MHz）。每個I/O可以由編程，但I(xiàn)/O寄存器必須按32

4、位字被訪問。DescriptionGPIO_Mode_AINGPIO_Mode_IN_FLOATINGGPIO_Mode_IPD模擬輸浮空輸下拉輸23 45678GPIO_Mode_IPU上拉輸GPIO_Mode_Out_ODGPIO_Mode_Out_PPGPIO_Mode_AF_ODGPIO_Mode_AF_PP開漏輸出推挽輸出復(fù)開漏輸出復(fù)推挽輸出GPIO 的種作式浮空輸模式（浮空輸模式下，I/O端的電平信號直接進(jìn)輸數(shù)據(jù)寄存器。也就是說，I/O的電平狀態(tài)是不確定的，完全由外部輸決定；如果在該引腳懸空（在信號輸）的情況下，讀取該端的電平是不確定的。）上拉輸模式（上拉輸模式下，I/O端的電平信

5、號直接進(jìn)輸數(shù)據(jù)寄存器。但是在I/O端懸空（在信號輸）的情況下，輸端的電平可以保持在電平；并且在I/O端輸為低電平的時(shí)候，輸端的電平也還是低電平。）下拉輸模式（下拉輸模式下，I/O端的電平信號直接進(jìn)輸數(shù)據(jù)寄存器。但是在I/O端懸空（在信號輸）的情況下，輸端的電平可以保持在低電平；并且在I/O端輸為電平的時(shí)候，輸端的電平也還是電平。） 模擬輸模式（模擬輸模式下，I/O端的模擬信號（電壓信號，電平信號）直接模擬輸?shù)缴贤庠O(shè)模塊，如ADC模塊等等。）開漏輸出模式（開漏輸出模式下，通過設(shè)置位設(shè)置/清除寄存器或者輸出數(shù)據(jù)寄存器的值，途經(jīng)N-MOS管，最終輸出到I/O端。這要注意N-MOS管，當(dāng)設(shè)置輸出的值為

6、電平的時(shí)候，N-MOS管處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)I/O端的電平就不會由輸出的低電平?jīng)Q定，是由I/O端外部的上拉或者下拉決定；當(dāng)設(shè)置輸出的值為低電平的時(shí)候，N-MOS管處于開啟狀態(tài)，此時(shí)I/O端的電平就是低電平。同時(shí)，I/O端的電平也可以通過輸電路進(jìn)讀取；注意，I/O端的電平不定是輸出的電平。）開漏復(fù)輸出模式（開漏復(fù)輸出模式，與開漏輸出模式很是類似。只是輸出的低電平的來源，不是讓CPU直接寫輸出數(shù)據(jù)寄存器，取代之利上外設(shè)模塊的復(fù)功能輸出來決定的。） 推挽輸出模式（推挽輸出模式下，通過設(shè)置位設(shè)置/清除寄存器或者輸出數(shù)據(jù)寄存器的值，途經(jīng)P-MOS管和N-MOS管，最終輸出到I/O端。這要注意P-MOS管和

7、N-MOS管，當(dāng)設(shè)置輸出的值為電平的時(shí)候，P-MOS管處于開啟狀態(tài)，N-MOS管處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)I/O端的電平就由P-MOS管決定：電平；當(dāng)設(shè)置輸出的值為低電平的時(shí)候，P-MOS管處于關(guān)閉狀態(tài)，N-MOS管處于開啟狀態(tài)，此時(shí)I/O端的電平就由N-MOS管決定：低電平。同時(shí)，I/O端的電平也可以通過輸電路進(jìn)讀取；注意，此時(shí)I/O端的電平定是輸出的電平。）推挽復(fù)輸出模式（推挽復(fù)輸出模式，與推挽輸出模式很是類似。只是輸出的低電平的來源，不是讓CPU直接寫輸出數(shù)據(jù)寄存器，取代之利上外設(shè)模塊的復(fù)功能輸出來決定的。）什么是推挽結(jié)構(gòu)和推挽電路？推挽結(jié)構(gòu)般是指兩個參數(shù)相同的三極管或MOS管分別受兩互補(bǔ)信號的

8、控制，總是在個三極管或MOS管導(dǎo)通的時(shí)候另個截。低電平由輸出電平?jīng)Q定。推挽電路是兩個參數(shù)相同的三極管或MOSFET，以推挽式存在于電路中，各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放任務(wù)。電路作時(shí)，兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有個導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗、效率。輸出既可以向負(fù)載灌電流，也可以從負(fù)載抽取電流。推拉式輸出級既提電路的負(fù)載能，提開關(guān)速度。 開漏輸出和推挽輸出的區(qū)別？開漏輸出：只可以輸出強(qiáng)低電平，電平得靠外部電阻拉。輸出端相當(dāng)于三極管的集電極。適合于做電流型的驅(qū)動，其吸收電流的能相對強(qiáng)(般20ma以內(nèi))；推挽輸出:可以輸出強(qiáng)、低電平，連接數(shù)字器件。關(guān)于推挽輸出和開漏輸出，最后幅最簡單的圖形來概括：該圖中左邊的便是推挽輸出模式，其中較器輸出電平時(shí)下的PNP三極管截，上NPN三極管導(dǎo)通，輸出電平VS+；當(dāng)較器輸出低電平時(shí)則恰恰相反，PNP三極管導(dǎo)通，輸出和地相連，為低電平。右邊的則可以理解為開漏輸出形式，需要接上拉。STM32中的 I/O模式GPIO應(yīng)舉例Description可以做KEY識別，RX11帶上拉輸帶下拉輸模擬輸IO內(nèi)部上拉電阻輸234IO內(nèi)部下拉電阻輸應(yīng)ADC模擬輸，或者低功耗下省電IO輸出0接GND，IO輸出1，懸空，需要外接上拉電阻，才能實(shí)現(xiàn)輸出電平。當(dāng)輸出為1時(shí)，IO的狀態(tài)由上拉電阻拉電平