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2021年02月20日 | STM32F4工程--IO口--GPIO工作模式详解
2021-02-20 来源：eefocus
一、基础知识
1、STM32F429IGT6
①一共有9组IO: PA~PI
②其中PA~PH 每组16个IO PI只有PI0~PI11
③一共有140个IO口： 16*8+12=140
2、工作模式
四种输入模式：输入浮空、输入上拉、输入下拉、模拟输入 ；
四种输出模式：开漏输出(带上拉或者下拉)、开漏复用功能(带上拉或者下拉)、推挽式输出(带上拉或者下拉)、推挽式复用功能(带上拉或者下拉)；
四种最大输出速度： -2MHZ低速、-25MHz中速、 -50MHz快速、-100MHz 高速。
3、IO口可以容忍5V电压。
二、GPIO的8种工作模式
1、浮空输入模式
①信号由外部输入到引脚。
②首先遇到上拉下拉电阻，这个是没有被设置的，所以不用管。
③其次遇到的是施密特触发器，这个开关是打开的。
④信号通过施密特触发器，读入到输入数据寄存器。
⑤通过设置为浮空输入模式，CPU就可以取读取IO口的输入电平。
⑥下面的输出控制部分是不起作用的，模拟、复用功能输入也是不起作用的。
2、输入上拉模式
①输入上拉模式和输入浮空模式是非常相似的，信号由外部输入到引脚。
②首先遇到上拉下拉电阻，这时会打开上拉电阻，上拉电阻和VDD相连接。
③其次遇到的是施密特触发器，这个开关是打开的。
④信号通过施密特触发器，读入到输入数据寄存器。
⑤通过设置为输入上拉模式，CPU就可以取读取IO口的输入电平。
⑥下面的输出控制部分是不起作用的，模拟、复用功能输入也是不起作用的。
3、输入下拉模式
①输入下拉模式和输入上拉模式是非常相似的，信号由外部输入到引脚。
②首先遇到上拉下拉电阻，这时会打开下拉电阻，下拉电阻和VSS相连接。
③其次遇到的是施密特触发器，这个开关是打开的。
④信号读入到输入数据寄存器。
⑤通过设置为输入下拉模式，CPU就可以取读取IO口的输入电平。
⑥下面的输出控制部分是不起作用的，模拟、复用功能输入也是不起作用的。
4、模拟模式
①信号由外部输入到引脚。
②首先遇到上拉下拉电阻，这时不打开上下拉电阻。
③在遇到施密特触发器之前，走了模拟通道，施密特触发器这个开关是关闭的。
④这时候信号会读到ADC片外设上，来进行读取信号。
⑤CPU通过读写ADC外设的寄存器，来读取模拟信号，并把它转换为数字信号。
⑥下面的输出控制部分是不起作用的，复用功能输入也是不起作用的。
5、开漏输出模式
①CPU会写置位/复位寄存器，然后会映射到输出数据寄存器。或者我们可以直接写输出数据寄存器。
②然后经过输出控制电路。
③然后进入N-MOS管，此时P-MOS管是不起作用的。
④如果置位/复位寄存器写入数据为“1”，则输出数据寄存器位为“1”，经过输出控制电路，传送到N-MOS管，N-MOS管处于关闭状态，并不会反映到IO口。
如果置位/复位寄存器写入数据为“0”，N-MOS管处于开状态，则会将VSS电平输出到IO口。
⑤此时我们需要在端口处设置上拉电阻，或者外接上拉电阻。
6、开漏复用输出模式
①复用功能输出连接的是片上外设模块。
②通过片上外设模块给输出控制电路一个信号，然后传到N-MOS管，此时P-MOS管是不起作用的。
③如果片上外设模块数据为“1”，则N-MOS管处于关闭状态，并不会反映到IO口。
如果片上外设模块数据为“0”，N-MOS管处于开状态，则会将VSS电平输出到IO口。
④此时我们需要在端口处设置上拉电阻，或者外接上拉电阻。
⑤在该模式下，施密特触发器处于开启状态，并将信号传输到输入数据寄存器中。
⑥CPU通过读取输入数据寄存器的值，来获取当前IO口的输出状态。
7、推挽输出模式
①CPU会写置位/复位寄存器，然后会映射到输出数据寄存器。或者我们可以直接写输出数据寄存器。
②然后经过输出控制电路。
③然后进入MOS管，此时P-MOS管和N-MOS管都是起作用的，都处于工作状态。
④如果置位/复位寄存器写入数据为“1”，则输出数据寄存器位为“1”，经过输出控制电路，传送到MOS管，N-MOS管处于关闭状态，P-MOS管前面有一个取反器，于是P-MOS处于开启状态，将VDD电平传输到IO口引脚上面。
如果置位/复位寄存器写入数据为“0”，P-MOS管处于关闭状态，N-MOS管处于开状态，会将VSS电平传输到IO口引脚上。
⑤在该模式下，施密特触发器处于开启状态，并将信号传输到输入数据寄存器中。
⑥CPU通过读取输入数据寄存器的值，来获取当前IO口的输出状态。
8、推挽复用输出模式
①复用功能输出连接的是片上外设模块
②通过片上外设模块给输出控制电路一个信号，然后传到MOS管，此时P-MOS管是不起作用的，此时P-MOS管和N-MOS管都是起作用的，都处于工作状态。
③如果片上外设模块数据为“1”，传送到MOS管，N-MOS管处于关闭状态，P-MOS管前面有一个取反器，于是P-MOS处于开启状态，将VDD电平传输到IO口引脚上面。
如果片上外设模块数据为“0”，P-MOS管处于关闭状态，N-MOS管处于开状态，会将VSS电平传输到IO口引脚上。
⑤在该模式下，施密特触发器处于开启状态，并将信号传输到输入数据寄存器中。
⑥CPU通过读取输入数据寄存器的值，来获取当前IO口的输出状态。
三、补充
1、推挽输出模式是可以输出强高低电平的，连接数字器件。
2、开漏输出，只可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高，输出端相当于三极管的集电极，要想得到高电平需要上拉电阻才行，适合用于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对较强（一般20ma以内）。
3、上电复位后IO口状态
上电复位后，GPIO默认为输入浮空状态，部分特殊功能引脚为特定状态。
复位后，调试引脚处于复用功能上拉/下拉状态： PA15：JTDI处于上拉状态 PA14:JTCK/SWCLK处于下拉状态 PA13:JTMS/SWDAT处于下拉状态 PB4:NJTRST处于上拉状态 PB3:JTDO处于浮空状态
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