2021年02月06日 | STM8学习笔记四——STM8的GPIO基础知识

一、GPIO定义

GPIO，即通用输入输出端口General Purpose Input Output的缩写。

GPIO端口可以通过程序配置成输入端口或输出端口。

二、GPIO的IO模式

STM8的GPIO口有12种模式设置，其中输入4种，输出8种：

1、GPIO_Mode_In_FL_No_IT浮空输入无中断

2、GPIO_Mode_In_PU_No_IT上拉输入无中断

3、GPIO_Mode_In_FL_IT浮空输入有中断

4、GPIO_Mode_In_PU_IT 上拉输入有中断

5、GPIO_Mode_Out_OD_Low_Fast

开漏-输出低-高速 Output open-drain, low level, 10MHz

6、GPIO_Mode_Out_PP_Low_Fast

推挽-输出低-高速 Output push-pull, low level, 10MHz

7、GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow

开漏-输出低-低速 Output open-drain, low level, 2MHz

8、GPIO_Mode_Out_PP_Low_Slow

推挽-输出低-低速 Output push-pull, low level, 2MHz

9、GPIO_Mode_Out_OD_HiZ_Fast

开漏-输出高阻-高速 Output open-drain, high-impedance level, 10MHz

10、GPIO_Mode_Out_PP_High_Fast

推挽-输出高-高速 Output push-pull, high level, 10MHz

11、GPIO_Mode_Out_OD_HiZ_Slow

开漏-输出高阻-低速 Output open-drain, high-impedance level, 2MHz

12、GPIO_Mode_Out_PP_High_Slow

推挽-输出高-低速 Output push-pull, high level, 2MHz

或者如下图所示：

所以我们其实要弄懂的主要是输入两种模式（上拉和浮空）以及输出的两种模式（推挽和开漏），剩下的只是在这四种模式下根据参数设置不同进一步划分。

1、上拉输入模式

所谓上拉模式，即设置输入模式时，接一个上拉电阻，大概如下图所示：

上图是STM8设置GPIO为上拉模式时的端口内部电路简图，R1经典取值范围为30k～80k，典型值为55k。（弱上拉）

注：上拉电阻R越大，上拉作用越小，则为弱上拉；反之，R越小，上拉作用越大，则为强上拉。外部上拉电阻取值经验值为4.7k～10k。

上下两个二极管起到一个保护电路的作用，防止外部输入电压太高或太低。这个保护电路可以将外部过高电压降到3.8～4.1V，也可以将外部过低电压抬升到-0.6V，从而保护内部电路。

上拉输入模式可以将不确定的浮空端口信号保持在一个高电平，是最常用的GPIO输入模式。

1、浮空输入模式

浮空模式和上拉模式最大的区别就是没有上拉电阻：

这种结构的输入阻抗较高，能最真实地反映外部输入信号，主要用于ADC（数模转化）的场合。

1、推挽输出模式

推挽（PP）输出模式如下图所示：

简单来说，MOS管Q1和Q2，在输出高低电平时分别起作用。 输出高电平的时候，Q1导通，Q2截止；输出低电平的时候，Q1截止，Q2导通。总之，Q1与Q2在工作时总是保持在一个导通和另一个截止的状态。推挽输出模式的优点是损耗小，效率高。

1、开漏输出模式

开漏（OD）输出模式，顾名思义即漏极开路的输出模式，如下图所示：

开漏输出模式和推挽输出模式最大区别在于没有Q1，只能输出低电平状态“0”，而不能直接输出高电平状态“1”。必须外接上拉电阻，才能输出“1”。这其实跟51单片机的P0口是一样的。

开漏输出模式的特点：

（1）开漏模式须外接上拉电阻才能输出高电平，驱动电流大多数是由外部电源经过上拉电阻供给，单片机内部一般只需要提供极小的栅极控制电流即可。降低单片机功耗。

（2）开漏模式可用于电平信号标准的转换。外部上拉电阻外加的电源电压可以是5V也可以是3.3V（STM8端口最高可承受5V电压），开漏结构可以灌入较大电流（20mA），间接实现TTL电平系列或CMOS电平系列的转换。

（3）开漏模式可用于I²C总线，实现“线与”功能。

（4）开漏模式使用外加上拉电阻，则上拉电阻小，上拉作用强，上升沿时间短，速度快；上拉电阻大，上拉作用小，上升沿时间长，速度缓。

注：STM8单片机“真正的”开漏输出模式内部电路：PE1/I²C_SCL与PE2/I²C_SDA（没有连接VDD的保护二极管）

三、GPIO的寄存器设置

GPIO的5个寄存器：

1.输出数据寄存器ODR；

2.引脚输入寄存器IDR；

3.数据方向寄存器DDR；

4.控制寄存器CR1；

5.控制寄存器CR2；

模式配置图，如下图所示

STM8通过DDR、CR1和CR2三个寄存器来配置不同的输入输出模式。用ODR存储要输出的信号，用IDR来读取对应端口的信号。以上5种寄存器都是8位，对应值STM8每组GPIO对应的8个端口（7:0）。

通过寄存器操作GPIO的示例：

int main(void)

{

/*设置内部高速时钟16M为主时钟*/

CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV1);

GPIOB->DDR = 0x20;//配置GPIOB的方向寄存器，设置pin5为输出模式

GPIOB->CR1 = 0x20;//配置GPIOB_5为推挽输出

GPIOB->CR2 = 0x00;

while(1)

{

GPIOB->DDR = 0x20;//GPIOB_5输出高电平，亮

delay();

GPIOB->DDR = 0x00;//GPIOB_5输出低电平，暗

delay();

}

}

四、GPIO的库函数实现。

所谓库函数，其实就是官方做的驱动程序库，将对寄存器用结构图一一对应并封装起来，并提供了基本的配置函数。我们只要使用官方的库函数就就可以了，不用再花大力气研究寄存器的配置。

简单举例说明：

GPIO_Init(LED1_PORT,LED1_PIN,GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_FAST );

GPIO_Init这个命令是设置或者说定义管教模式的，上面这条命令的意思就是LED1代表的管教设置为推挽输出模式，初始高电平，高速模式。

注：LED1_PORT和LED1_PIN应该在相关的头文件或者别处已注释，如

#define LED1_PIN GPIO_PIN_5

#define LED1_PORT GPIOB

GPIO_WriteLow(LED1_PORT,LED1_PIN);

在LED1这个管脚输出低电平；

GPIO_WriteHigh(LED1_PORT,LED1_PIN);

在LED1这个管脚输出高电平；

GPIO_WriteReverse(LED1_PORT,LED1_PIN);

翻转LED1这个管脚的电平状态；