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2019年01月30日 | STM32 GPIO模式总结

2019-01-30 来源：eefocus

GPIO的8种工作方式

4种输入模式

浮空输入

上拉输入

下拉输入

模拟输入

4种输出模式

开漏输出

复用开漏输出

推挽输出

复用推挽输出

3种最大输出速度

2MHz

10MHz

50MHz

浮空输入模式

1) 外部通过IO口输入电平,外部电平通过上下拉部分(浮空模式下都关闭,既无

上拉也无下拉电阻)

2) 传输到施密特触发器(此时施密特触发器为打开状态)

施密特触发器作用：

1. 波形变换可将三角波、正弦波等变成矩形波。

2. 脉冲波的整形数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲。

3. 脉冲鉴幅幅度不同、不规则的脉冲信号施加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。

3) 继续传输到输入数据寄存器IDR

4) CPU通过读输入数据寄存器IDR实现读取外部输入电平值

5) 在输入浮空模式下可以读取外部输入电平

6) 由于浮空输入一般多用于外部按键输入，有的理解为，浮空输入状态下，IO的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定，如果在该引脚悬空的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

上拉输入模式

在没有信号输入的时候，上拉电阻能使读取input值保持为高，而下拉电阻正是相反。有些传感器等元气件，他们的信号输出有效时候会输出一个高电平（或者低电平），无效时候不输出，为开路。此时我们就必须用上拉电阻（或下拉电阻）。I2S时下拉输入，其它都是上拉输入。

和输入浮空模式相比较,不同之处在于内部有一个上拉电阻连接到VDD(输入上拉模式下,上拉电阻开关接通,阻值约30-50K)。

外部输入通过上拉电阻,施密特触发器存入输入数据寄存器IDR,被CPU读取。

输入下拉模式

和输入浮空模式相比较,不同之处在于内部有一个下拉电阻连接到VSS(输入下拉模式下,下拉电阻开关接通,阻值约30-50K)

外部输入通过下拉电阻,施密特触发器存入输入数据寄存器IDR,被CPU读取

输入模拟模式

1.上拉和下拉部分均为关闭状态(AD转换-模拟量转换为数字量)

2.施密特触发器为截止状态

3.通过模拟输入通道输入到CPU

4.IO口外部电压为模拟量(电压形式非电平形式),作为模拟输入范围一般为0~3.3V

开漏输出模式

1,CPU写入位设置/清除寄存器BSRR,映射到输出数据寄存器ODR

2,连通到输出控制电路(也就是ODR的电平)

3,ODR电平通过输出控制电路进入N-MOS管

－ODR输出1:

N-MOS截止,IO端口电平不会由ODR输出决定,而由外部上拉/下拉决定

在输出状态下,输出的电平可以被读取,数据存入输入数据寄存器,由CPU读取,实现CPU读取输出电平。

所以,当N-MOS截止时,如果读取到输出电平为1,不一定是我们输出的1,有可能是外部上拉产生的1。

－ODR输出0:

N-MOS开启,IO端口电平被N-MOS管拉倒VSS,使IO输出低电平

此时输出的低电平同样可以被CPU读取到。

开漏复用输出模式

与开漏输出模式唯一的区别在于输出控制电路之前电平的来源

开漏输出模式的输出电平是由CPU写入输出数据寄存器控制的

开漏推挽输出模式的输出电平是由复用功能外设输出决定的

其他与开漏输出模式相似:

　　　　控制电路输出为1:N-MOS截止,IO口电平由外部上拉/下拉决定

　　　　控制电路输出为0:N-MOS开启,IO口输出低电平

推挽输出模式

与开漏输出相比较:

输出控制寄存器部分相同

输出驱动器部分加入了P-MOS管部分

当输出控制电路输出1时:

P-MOS管导通N-MOS管截止,被上拉到高电平,IO口输出为高电平1

当输出控制电路输出0时:

P-MOS管截止N-MOS管导通,被下拉到低电平,IO口输出为低电平0

同时IO口输出的电平可以通过输入电路读取

复用推挽输出模式

与推挽输出模式唯一的区别在于输出控制电路之前电平的来源

开漏输出模式的输出电平是由CPU写入输出数据寄存器控制的

开漏推挽输出模式的输出电平是由复用功能外设输出决定的

推挽输出:

可以输出高,低电平,连接数字器件; 推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源低定。

推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

详细理解：

推挽放大器的输出级有两个“臂”（两组放大元件），一个“臂”的电流增加时，另一个“臂”的电流则减小，二者的状态轮流转换。对负载而言，好像是一个“臂”在推，一个“臂”在拉，共同完成电流输出任务。当输出高电平时，也就是下级负载门输入高电平时，输出端的电流将是下级门从本级电源经VT3拉出。这样一来，输出高低电平时，VT3 一路和 VT5 一路将交替工作，从而减低了功耗，提高了每个管的承受能力。又由于不论走哪一路，管子导通电阻都很小，使RC常数很小，转变速度很快。因此，推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

推挽输出和开漏输出的区别:

推挽输出:可以输出强高/强低电平,可以连接数字器件

开漏输出:只能输出强低电平(高电平需要依靠外部上拉电子拉高),适合做电流型驱动,吸收电流能力较强(20ma之内)在STM32中选用IO模式设置推挽模式，只能是输出模式，而输出高低电平的驱动电流都很大。即可作为输出，也可作为输入。作输出时，要输出高电平，需要外加上拉电阻。作输入时，要求处理高电平状态，才能读外部引脚。

GPIO配置情况

（1）浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入，可以做KEY识别，RX1

（2）带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入

（3）带下拉输入_IPD—— IO内部下拉电阻输入

（4）模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电

（5）开漏输出_OUT_OD ——IO输出0接GND，IO输出1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。当输出为1时，IO口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化，实现C51的IO双向功能

（6）推挽输出_OUT_PP ——IO输出0-接GND， IO输出1 -接VCC，读输入值是未知的

（7）复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能（I2C的SCL,SDA）

（8）复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）

STM32 GPIO 模式总结

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