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STM32的8種GPIO輸入輸出模式深入詳解

輸入模式

    -輸入浮空(GPIO_Mode_IN_FLOATING)

    -輸入上拉(GPIO_Mode_IPU)

    -輸入下拉(GPIO_Mode_IPD)

    -模擬輸入(GPIO_Mode_AIN)

輸出模式

    -開漏輸出(GPIO_Mode_Out_OD)

    -開漏複用功能(GPIO_Mode_AF_OD)

    -推輓式輸出(GPIO_Mode_Out_PP)

    -推輓式複用功能(GPIO_Mode_AF_PP)

輸入浮空:浮空就是邏輯器件與引腳即不接高電平,也不接低電平。由於邏輯器件的內部結構,當它輸入引腳懸空時,

相當於該引腳接了高電平。一般實際運用時,引腳不建議懸空,易受干擾。通俗講就是浮空就是浮在空中,就相當於此埠在預設情況下什麼都不接,呈高阻態,這種設定在資料傳輸時用的比較多。浮空最大的特點就是電壓的不確定性,它可能是0V,頁可能是VCC,還可能是介於兩者之間的某個值(最有可能) 浮空一般用來做ADC輸入用,這樣可以減少上下拉電阻對結果的影響

輸入上拉模式:上拉就是把點位拉高,比如拉到Vcc。上拉就是將不確定的訊號通過一個電阻嵌位在高電平。電阻同時起到限流的作用。弱強只是上拉電阻的阻值不同,沒有什麼嚴格區分

輸入下拉:就是把電壓拉低,拉到GND。與上拉原理相似


模擬輸入:模擬輸入是指傳統方式的輸入,數字輸入是輸入PCM數字訊號,即0,1的二進位制數字訊號,通過數模轉換,

轉換成模擬訊號,經前級放大進入功率放大器,功率放大器還是模擬的


開漏輸出:輸出端相當於三極體的集電極,要得到高電平狀態需要上拉電阻才行,適合於做電流型的驅動,其吸收電流的能力相對強(一般20mA以內)

開漏形式的電路有以下幾個特點:

1. 利用外部電路的驅動能力,減少IC內部的驅動。當IC內部MOSFET導通時,驅動電流是從外部的VCC流經R pull-up ,MOSFET到GND。IC內部僅需很下的柵極驅動電流。

2. 一般來說,開漏是用來連線不同電平的器件,匹配電平用的,因為開漏引腳不連線外部的上拉電阻時,只能輸出低電平,如果需要同時具備輸出高電平的功能,則需要接上拉電阻,很好的一個優點是通過改變上拉電源的電壓,便可以改變傳輸電平。比如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS電平輸出等。(上拉電阻的阻 決定了邏輯電平轉換的沿的速度 。阻 越大,速度越低功耗越小,所以負載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。)

3. OPEN-DRAIN提供了靈活的輸出方式,但是也有其弱點,就是帶來上升沿的延時。因為上升沿是通過外接上拉無源電阻對負載充電,所以當電阻選擇小時延時就小,但功耗大;反之延時大功耗小。所以如果對延時有要求,則建議用下降沿輸出。

4. 可以將多個開漏輸出的Pin,連線到一條線上。通過一隻上拉電阻,在不增加任何器件的情況下,形成“與邏輯”關係。這也是I2C,SMBus等匯流排判斷匯流排佔用狀態的原理。補充:什麼是“線與”?:

在一個結點(線)上, 連線一個上拉電阻到電源 VCC 或 VDD 和 n 個 NPN 或 NMOS 電晶體的集電極 C 或漏極 D, 這些電晶體的發射極 E 或源極 S 都接到地線上, 只要有一個電晶體飽和, 這個結點(線)就被拉到地線電平上. 因為這些電晶體的基極注入電流(NPN)或柵極加上高電平(NMOS),電晶體就會飽和, 所以這些基極或柵極對這個結點(線)的關係是或非 NOR 邏輯. 如果這個結點後面加一個反相器, 就是或 OR 邏輯.

其實可以簡單的理解為:在所有引腳連在一起時,外接一上拉電阻,如果有一個引腳輸出為邏輯0,相當於接地,與之並聯的迴路“相當於被一根導線短路”,所以外電路邏輯電平便為0,只有都為高電平時,與的結果才為邏輯1。



開漏複用功能:可以理解為GPIO口被用作第二功能時的配置情況(即並非作為通用IO口使用)。埠必須配置成複用功能輸出模式(推輓或開漏)


推輓式輸出:可以輸出高,低電平,連線數字器件;推輓結構一般是指兩個三級管分別受到互補訊號的控制,總是在一個三極體導通的時候另一個截止。高低電平由IC的電源低定。

推輓電路是兩個引數相同的三極體或MOSFET,以推輓方式存在於電路中,各負責正負半周的波形方法任務,電路工作時,兩隻對稱的功率開關管每次只有一個導通,所以導通損耗小,效率高。輸出即可以向負載灌電流。推拉式輸出級即提高電路的負載能力,又提高開關速度


推輓式複用功能:可以理解為GPIO口被用作第二功能時的配置情況(並非作為通用IO口使用)

在STM32中選用IO模式
(1) 浮空輸入_IN_FLOATING --浮空輸入,可以做KEY識別,RX1
(2)帶上拉輸入_IPU--IO內部上拉電阻輸入
(3)帶下拉輸入_IPD-- IO內部下拉電阻輸入
(4) 模擬輸入_AIN --應用ADC模擬輸入,或者低功耗下省電
(5)開漏輸出_OUT_OD --IO輸出0接GND,IO輸出1,懸空,需要外接上拉電阻,才能實現輸出高電平。當輸出為1時,IO口的狀態由上拉電阻拉高電平,但由於是開漏輸出模式,這樣IO口也就可以由外部電路改變為低電平或不變。可以讀IO輸入電平變化,實現C51的IO雙向功能
(6)推輓輸出_OUT_PP --IO輸出0-接GND, IO輸出1 -接VCC,讀輸入 是未知的
(7)複用功能的推輓輸出_AF_PP --片內外設功能(I2C的SCL,SDA)
(8)複用功能的開漏輸出_AF_OD--片內外設功能(TX1,MOSI,MISO.SCK.SS)

GPIO的主要暫存器

    每個GPIO埠都有

        -兩個32位配置暫存器(GPIOx_CRL  ,  GPIOx_CRH)

        -兩個32位資料暫存器(GPIOx_IDR  和  GPIOx_ODR)

        -一個32位置位/復位暫存器(GPIOx_BSRR)

        -一個16位復位暫存器(GPIOx_BRR)

        -一個32位鎖定暫存器(GPIOx_LCKR)

每個I/O埠位可以自由程式設計,然而I/O埠暫存器必須按32位字被訪問(不允許半字或位元組訪問)

埠配置低暫存器(GPIOx_CRL)

埠配置高暫存器(GPIOx_CRH)


埠輸入資料暫存器(GPIOx_IDR)

埠輸出資料暫存器(GPIOx_ODR)