2020年12月21日 | stm32引脚速度GPIO_Speed的区别

首先GPIO最基本、最简单的作用是我们可以通过编程的方式让它作输入或者输出，而输入/输出的形式为高低电平（通常0V为低电平，3.3V为高电平）。

要让GPIO作输入或者输出，首先就需要对IO口相关的寄存器进行配置。而寄存器是中央处理器内的组成部分，寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和地址。

因此对IO口的初始化就是向相关寄存器里面写不同的值，从而确定使用哪一个IO口（IO口标号）、以及IO口工作模式（输入还是输出）、输出速度等参数。

在经过初始化之后就可以正常使用IO口了，比如如果IO口设置成了某个输入模式，就可以通过调用相关函数或者直接操作相关寄存器去得到IO口的电平是高电平还是低电平。

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从函数库角度来完成初始化：

首先配置gpio.h文件，将IO口（IO口标号）、以及IO口工作模式（输入还是输出）、输出速度等参数作为一个结构体打包，封装成一个整体的类。

typedef struct

{

  uint16_t GPIO_Pin;    

  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;    

  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;   

}GPIO_InitTypeDef;

uint16_t GPIO_Pin;

typedef unsigned short     int uint16_t;

以上是GPIO_Pin的声明，其为无符号短整型（0~65536），及端口号。

 GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed

typedef enum  

{   

  GPIO_Speed_10MHz = 1,

  GPIO_Speed_2MHz,  

  GPIO_Speed_50MHz  

}GPIOSpeed_TypeDef;

GPIO输出模式下，几种速度的区别：

(1). GPIO 引脚速度： GPIO_Speed_2MHz     (10MHz, 50MHz) ;

又称输出驱动电路的响应速度：（芯片内部在I/O口的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路，用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路，通过选择速度来选择不同的输出驱动模块，达到最佳的噪声控制和降低功耗的目的。）

可理解为: 输出驱动电路的带宽：即一个驱动电路可以不失真地通过信号的最大频率。

(如果一个信号的频率超过了驱动电路的响应速度，就有可能信号失真。失真因素？)

如果信号频率为10MHz，而你配置了2MHz的带宽，则10MHz的方波很可能就变成了正弦波。就好比是公路的设计时速，汽车速度低于设计时速时，可以平稳地运行，如果超过设计时速就会颠簸，甚至翻车。

关键是：GPIO的引脚速度跟应用相匹配，速度配置越高，噪声越大，功耗越大。

带宽速度高的驱动器耗电大、噪声也大，带宽低的驱动器耗电小、噪声也小。使用合适的驱动器可以降低功耗和噪声

比如：高频的驱动电路，噪声也高，当不需要高的输出频率时，请选用低频驱动电路，这样非常有利于提高系统的EMI性能。当然如果要输出较高频率的信号，但却选用了较低频率的驱动模块，很可能会得到失真的输出信号。关键是GPIO的引脚速度跟应用匹配（推荐10倍以上？）。

比如：

①USART串口，若最大波特率只需115.2k，那用2M的速度就够了，既省电也噪声小。

②I2C接口，若使用400k波特率，若想把余量留大些，可以选用10M的GPIO引脚速度。

③SPI接口，若使用18M或9M波特率，需要选用50M的GPIO的引脚速度。

(2).GPIO的翻转速度指：输入/输出寄存器的0 ，1 值反映到外部引脚(APB2上)高低电平的速度.手册上指出GPIO最大翻转速度可达18MHz。

@通过简单的程序测试，用示波器观察到的翻转时间:  是综合的时间，包括取指令的时间、指令执行的时间、指令执行后信号传递到寄存器的时间(这其中可能经过很多环节，比如AHB、APB、总线仲裁等)，最后才是信号从寄存器传输到引脚所经历的时间。  

如：有上拉电阻，其阻值越大，RC延时越大，即逻辑电平转换的速度越慢，功耗越大。

(3).GPIO 输出速度：与程序有关，(程序中写的多久输出一个信号)。

2、GPIO口设为输入时，输出驱动电路与端口是断开，所以输出速度配置无意义。

3、在复位期间和刚复位后，复用功能未开启，I/O端口被配置成浮空输入模式。

4、所有端口都有外部中断能力。为了使用外部中断线，端口必须配置成输入模式。

5、GPIO口的配置具有上锁功能，当配置好GPIO口后，可以通过程序锁住配置组合，直到下次芯片复位才能解锁。

一般应用：

模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电。

浮空输入_IN_FLOATING ——可以做KEY识别，RX1

开漏输出_Out_OD——应用于I2C总线； （STM32开漏输出若外部不接上拉电阻只能输出0）

二.管脚的复用功能 重映射

1、复用功能：内置外设是与I/O口共用引出管脚（不同的功能对应同一管脚）

STM32 所有内置外设的外部引脚都是与标准GPIO引脚复用的，如果有多个复用功能模块对应同一个引脚，只能使能其中之一，其它模块保持非使能状态。

2、重映射功能：复用功能的引出脚可以通过重映射，从不同的I/O管脚引出，即复用功   能的引出脚位是可通过程序改变到其他的引脚上！

直接好处：PCB电路板的设计人员可以在需要的情况下，不必把某些信号在板上绕一大圈完成联接，方便了PCB的设计同时潜在地减少了信号的交叉干扰。

如：USART1： 0: 没有重映像(TX/PA9，RX/PA10)； 1: 重映像(TX/PB6，RX/PB7)。

（参考AFIO_MAPR寄存器介绍）[0,1为一寄存器的bit值]

【注】下述复用功能的引出脚具有重映射功能：

- 晶体振荡器的引脚在不接晶体时，可以作为普通I/O口

- CAN模块； - JTAG调试接口；- 大部分定时器的引出接口； - 大部分USART引出接口

- I2C1的引出接口；  - SPI1的引出接口；

举例：对于STM32F103VBT6，47引脚为PB10，它的复用功能是I2C2_SCL和 USART3_TX，表示在上电之后它的默认功能为PB10，而I2C2的SCL和USART3的TX为它的复用功能；另外在TIM2的引脚重映射后，TIM2_CH3也成为这个引脚的复用功能。

(1)要使用STM32F103VBT6的47、48脚的USART3功能，则需要配置47脚为复用推挽输出或复用开漏输出，配置48脚为某种输入模式，同时使能USART3并保持I2C2的非使能状态。

(2)使用STM32F103VBT6的47脚作为TIM2_CH3，则需要对TIM2进行重映射，然后再按复用功能的方式配置对应引脚. 

GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode 具体内容如下，主要的几种输入输出方式

typedef enum

{ GPIO_Mode_AIN = 0x0, 

  GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04, 

  GPIO_Mode_IPD = 0x28,  

  GPIO_Mode_IPU = 0x48,   

  GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,  

  GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,   

  GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,  

  GPIO_Mode_AF_PP = 0x18    

}GPIOMode_TypeDef;

最常用的也是应该掌握的有三种：推挽输出、开漏输出、上拉输入。

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。

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.适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内) 。

下面以将PB5这个IO口设置为推挽输出，输入速度为50MHz为例：

 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;

 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

假设时钟频率为48MHZ，如果指定预分频器即TIM_Prescaler的值为48000（-1），那么经48000分频之后的工作频率就是1000，也就是所谓的1KHz。如果再指定计数值即TIM_Period为1000（-1）的话，恰好就是1秒了。