STM32的八种GPIO工作方式详解

 STM32的GPIO介绍

 
STM32引脚说明
 
GPIO是通用输入/输出端口的简称,是STM32可控制的引脚。GPIO的引脚与外部硬件设备连接,可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。
 
STM32F103ZET6芯片为144脚芯片,包括7个通用目的的输入/输出口(GPIO)组,分别为GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG,同时每组GPIO口组有16个GPIO口。通常简略称为PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx,其中x为0-15。
 
STM32的大部分引脚除了当GPIO使用之外,还可以复用位外设功能引脚(比如串口),这部分在【STM32】STM32端口复用和重映射(AFIO辅助功能时钟) 中有详细的介绍。
 
GPIO基本结构
 
每个GPIO内部都有这样的一个电路结构,这个结构在本文下面会具体介绍。
 
STM32的八种GPIO工作方式详解
 
这边的电路图稍微提一下:
 
保护二极管:IO引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。当引脚电压高于VDD时,上方的二极管导通;当引脚电压低于VSS时,下方的二极管导通,防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。但是尽管如此,还是不能直接外接大功率器件,须加大功率及隔离电路驱动,防止烧坏芯片或者外接器件无法正常工作。
 
P-MOS管和N-MOS管:由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。这里的电路会在下面很详细地分析到。
 
TTL肖特基触发器:信号经过触发器后,模拟信号转化为0和1的数字信号。但是,当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时,用其“模拟输入”功能,此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。ADC外设要采集到的原始的模拟信号。
 
这里需要注意的是,在查看《STM32中文参考手册V10》中的GPIO的表格时,会看到有“FT”一列,这代表着这个GPIO口时兼容3.3V和5V的;如果没有标注“FT”,就代表着不兼容5V。
 
STM32的GPIO工作方式
 
GPIO支持4种输入模式(浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入)和4种输出模式(开漏输出、开漏复用输出、推挽输出、推挽复用输出)。同时,GPIO还支持三种最大翻转速度(2MHz、10MHz、50MHz)。
 
每个I/O口可以自由编程,但I/O口寄存器必须按32位字被访问。
 
GPIO_Mode_AIN 模拟输入
 
GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
 
GPIO_Mode_IPD 下拉输入
 
GPIO_Mode_IPU 上拉输入
 
GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
 
GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
 
GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
 
GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出
 
下面将具体介绍GPIO的这八种工作方式:
 
浮空输入模式
 
STM32的八种GPIO工作方式详解
 
浮空输入模式下,I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说,I/O的电平状态是不确定的,完全由外部输入决定;如果在该引脚悬空(在无信号输入)的情况下,读取该端口的电平是不确定的。
 
上拉输入模式
 
STM32的八种GPIO工作方式详解