06、STM32 的 I/O 应用

一、STM32 I/O 简介

在 STM32 中I/O 引脚，又称为 GPIO (General-Purpose I/O)，可以被软件设置成各种不同的功能及模式。主要分为 GPIOA、GPIOB、 GPIOC......不同的组，每组端口分为 0~15，共 16 个不同的引脚。不同型号的芯片，具有不同的端口组和不同的引脚数量。

与 GPIO 相关的寄存器主要有以下几种

配置寄存器：配置 GPIO 的模式及状态，如输入/输出模式、复用功能及输出的最大速度等，如端口配置低寄存器（GPIOx_CRL）、端口配置高寄存器（GPIO_CRH）；
数据寄存器：保存了 GPIO 的输入电平或将要输出的电平，如端口输入数据寄存器（GPIOx_IDR）、端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR）；
位控制寄存器：设置某引脚的数据为1 或 0，如端口位设置/清除寄存器（GPIOx_BSRR）、端口位清除寄存器（GPIOx_BRR）；
锁定寄存器：设置某锁定引脚后，就不能修改其配置，如端口配置锁定寄存器（GPIOx_LCKR）（其中，x=A...E）。

1.1 GPIO 的 8 中工作模式

如上图所示，图的最右端为 I/O 引脚，左端的器件位于芯片内部。I/O 引脚并联了两个用于保护的二极管。结构图的上半部分为输入模式结构，下半部分为输出模式结构。I/O 引脚并联了两个用于保护的二极管。结构图的上半部分为输入模式结构，下半部分为输出模式结构。
输入输出模式结构都可以由软件分别配置成 8 种模式，包括：浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入、通用开漏输出、通用推挽式输出、复用推挽式输出和复用开漏输出，见上表。

1.1.1 上拉、下拉和浮空输入配置

在上拉/下拉/浮空输入模式中，输出缓冲器被禁止，施密特触发器输入被激活，根据输入配置（上拉，下拉或浮动）的不同，弱上拉和下拉电阻被连接，读输入数据寄存器的值可得到 I/O 状态

1.1.2 通用输出配置

图中箭头表示信号流动方向输出缓冲器是由 P-MOS 和 N-MOS 管组成的单元电路，推挽/开漏输出模式是根据其工作方式来命名的。当 I/O 端口被配置为输出时，输出缓冲器被激活，施密特触发输入被激活，弱上拉和下拉电阻被禁止。

1.1.3 复用输出配置

当 I/O 端口被配置为复用功能时，输出缓冲器被打开，内置外设的信号驱动输出缓冲器，施密特触发输入被激活，弱上拉和下拉电阻被禁止。至于选择复用开漏输出还是复用推挽输出，是根据 GPIO 复用功能来选择的，如 GPIO 的引脚用作串口输出，则使用复用推挽输出模式；如用在I2C、SMBUS 等这些需要"线与"功能的复用场合，就使用复用开漏模式。

1.1.4 模拟输入配置

模拟输入模式关闭了施密特触发器，不接上、下拉电阻，经由另一线路把电压信号传送到片上外设模块。如传送给 ADC 模块，由 ADC 采集电压信号。所以使用 ADC 外设时，必须设置为模拟输入模式。在此模式中，输出缓冲器被禁止，禁止施密特触发输入，实现了每个模拟 I/O 引脚上的零消耗，施密特触发输出值被强制置为 0，弱上拉和下拉电阻被禁止，读取输入数据寄存器时数值为0。配置时注意：GPIO 在输入模式下是不需要设置端口的最大输出速度的；在使用任何一种开漏模式时，都需要接上拉电阻。

1.2 GPIO 相关寄存器配置

调用库函数来配置寄存器，可以脱离底层寄存器操作，使得开发效率提高，同时易于阅读和维护。GPIO 相关的函数和定义分布在固件库文件 stm32f10x_gpio.c 和头文件 stm32f10x_gpio.h 文件中。

GPIO_InitTypeDef 结构体的定义：

cpp 复制代码

typedef struct
{
      uint16_t GPIO_Pin;  //GPIO引脚
      GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;    //GPIO模式
		  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;   //GPIO速度
}GPIO_InitTypeDef;

I/O配置常用的寄存器：