32单片机——GPIO的工作模式

1、GPIO

GPIO(General Purpose Input Output,通用输入输出端口)是控制或者采集外部器件的信息的外设,即负责输入输出。它按组分配,每组16个IO口,组数视芯片而定。STM32F103ZET6芯片是144脚的芯片,具有GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF和GPIOG七组GPIO口,共有 112个IO口可供我们编程使用。

这里重点说一下STM32F103的IO电平兼容性问题,STM32F103的绝大部分IO口,都兼容5V,至于到底哪些是兼容5V的,请看STM32F103xE的数据手册(注意是数据手册,不是中文参考手册),见表5大容量STM32F103xx引脚定义,凡是有FT标志的,都是兼容5V 电平的IO 口, 可以直接接5V的外设(注意:如果引脚设置的是模拟输入模式,则不能接5V!),凡是不带FT标志的,就建议大家不要接5V了,可能烧坏MCU

2、GPIO工作模式

输入模式:输入浮空、输入上拉、输入下拉、模拟功能

输出模式:开漏输出、推挽输出、开漏式复用功能、推挽式复用功能

3、GPIO的基本结构

如上图所示,可以看到右边只有I/O引脚,这个I/O引脚就是我们可以看到的芯片实物的引脚,其他部分都是GPIO的内部结构

(1)保护二极管

保护二极管共有两个,用于保护引脚外部过高或过低的电压输入

当引脚输入电压高于VDD时,上面的二极管导通;当引脚输入电压低于VSS时,下面的二极管导通,从而使输入芯片内部的电压处于比较稳定的值

虽然有二极管的保护,但这样的保护却很有限,大电压大电流的接入很容易烧坏芯片

(2)上拉、下拉电阻

I/O引脚为高阻态时使用,阻值大概在30~50K欧之间,可以通过上、下两个对应的开关控制,这两个开关由寄存器控制

没有外部的上、下拉电压,引脚的电平由引脚内部上、下拉决定。开启内部上拉电阻工作,引脚电平为高;开启内部下拉电阻工作, 则引脚电平为低;内部上、下拉电阻都不开启,这种情况是浮空模式

(3)施密特触发器

就是一种整形电路,可以将非标准方波整形成方波

特点:当输入电压高于正向阈值电压,输出为高;当输入电压低于负向阈值电压,输出为低;当输入在正负向阈值电压之间,输出不改变

(4)P-MOS管和N-MOS管

控制GPIO的开漏输出和推挽输出两种模式

开漏输出:输出端相当于三极管的集电极,要得到高电平状态需要上拉电阻才行

推挽输出:这两只对称的MOS管每次只有一 只导通,所以导通损耗小、效率高

3.1 输入浮空

上拉/下拉电阻为断开状态,施密特触发器打开,双MOS管不导通

3.2 输入上拉

上拉电阻导通,下拉电阻断开,施密特触发器打开,双MOS管不导通

3.3 输入下拉

上拉电阻断开,下拉电阻导通,施密特触发器打开,双MOS管不导通

3.4 模拟功能

上/下拉电阻断开,施密特触发器关闭,双MOS管也关闭

3.5 开漏输出

上/下拉电阻断开,施密特触发器打开,P-MOS始终不导通

往ODR对应位写0,N-MOS管导通----0;写1,N-MOS管不导通----高阻态

3.6 推挽输出

上/下拉电阻断开,施密特触发器打开

往ODR对应位写1,P-MOS管导通----输出1

往ODR对应位写0,N-MOS管导通----输出0

3.7 开漏式复用功能

上/下拉电阻断开,施密特触发器打开,P-MOS始终不导通

往ODR对应位写0,N-MOS管导通----0;写1,N-MOS管不导通----高阻态

特点:

1、不能输出高电平,必须有外部上拉才能输出高电平

2、由其他外设控制输出

3.8 推挽式复用功能

上/下拉电阻断开,施密特触发器打开

往ODR对应位写1,P-MOS管导通----输出1

往ODR对应位写0,N-MOS管导通----输出0

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