【stm32学习总结与浅谈】——GPIO

【 stm32学习总结与浅谈】  gpio篇
———————芯片基于stm32f103vet6————————

学习stm32已经一月有余，基本外设学过一遍了，然而回头看看遗忘的东西太多太多，打算再从头整理一遍。写在这里，在自己巩固的同时给后来者一些便利，一些启迪。

1.GPIO外设的介绍
  GPIO是通用输入输出端口的缩写，就是被stm32单片机所控制的引脚（类似于51单片机的IO口）。GPIO在单片机中扮演了非常重要的角色，它可以做普通的控制端口，也可以用于其他的功能，比如通信，采样（这些即后面要用到的复用功能）。基本上所有的GPIO都像51单片机一样有输入输出功能，但是也有一些GPIO我们专用于某一功能而不作为输入输出IO口。（例如下载端口，电源端口，晶振接口等）。

2.GPIO的结构图

3.GPIO硬件分析

<1>保护二极管及上、下拉电阻
  引脚的两个保护二级管可以防止引脚外部过高或过低的电压输入，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。尽管有这样的保护，并不意味着STM32的引脚能直接外接大功率驱动器件，如直接驱动电机，强制驱动要么电机不转，要么导致芯片烧坏，必须要加大功率及隔离电路驱动。

<2> P-MOS 管和N-MOS管
  GPIO引脚线路经过两个保护二极管后，向上流向“输入模式”结构，向下流向“输出模式”结构。先看输出模式部分，线路经过一一个 由P-MOS和N-MOS管组成的单元电路。这个结构使GPIO具有了“推挽输出”和“开漏输出”两种模式。
  所谓的推挽输出模式，是根据这两个MOS管的工作方式来命名的。在该结构中输入高电平时，经过反向后，上方的P-MOS导通，下方的N-MOS关闭，对外输出高电平;而在该结构中输入低电平时，经过反向后，N-MOS管导通，P-MOS关闭，对外输出低电平。当引脚高低电平切换时，两个管子轮流导通，P管负责灌电流，N管负责拉电流，使其负载能力和开关速度都比普通的方式有很大的提高。推挽输出的低电平为0伏，高电平为3.3伏。而在开漏输出模式时，上方的 P-MOS管完全不工作。如果我们控制输出为0，低电平，则P-MOS管关闭，N-MOS 管导通，使输出接地，若控制输出为1 (它无法直接输出高电平)时，则P-MOS管和N-MOS管都关闭，所以引脚既不输出高电平，也不输出低电平，为高阻态。为正常使用时必须外部接上拉电阻。
  推挽输出模式一般应用在输出电平为0和3.3伏而且需要高速切换开关状态的场合。在STM32的应用中，除了必须用开漏模式的场合，我们都习惯使用推挽输出模式。
  开漏输出一般应用在IC、SMBUS 通讯等需要“线与”功能的总线电路中。除此之外，还用在电平不匹配的场合，如需要输出5伏的高电平，就可以在外部接一一个 上拉电阻，上拉电源为5伏，并且把GPIO设置为开漏模式，当输出高阻态时，由上拉电阻和电源向外输出5伏的电平。

<3>输出数据寄存器
  前面提到的双MOS管结构电路的输入信号，是由GPIO“输出数据寄存GPIOx_ ODR”提供的，因此我们通过修改输出数据寄存器的值就可以修改GPIO引脚的输出电平。而“置位/复位寄存器GPIOx_ BSRR"可以通过修改输出数据寄存器的值从而影响电路的输出。

<4>复用功能输出
  “复用功能输出”中的“复用”是指STM32的其它片上外设对GPIO引脚进行控制，此时GPIO引脚用作该外设功能的一部分，算是第二用途。从其它外设引出来的“复用功能输出信号”与GPIO本身的数据据寄存器都连接到双MOS管结构的输入中，通过图中的梯形结构作为开关切换选择。例如我们使用USART串口通讯时，需要用到某个GPIO引脚作为通讯发送引脚，这个时候就可以把该GPIO引脚配置成USART串口复用功能，由串口外设控制该引脚，发送数据。

<5>输入数据寄存器
  看 GPIO结构框图的上半部分，GPIO引脚经过内部的上、下拉电阻，可以配置成上/下拉输入，然后再连接到施密特触发器，信号经过触发器后，模拟信号转化为0、1的数字信号。

<6>复用功能输入
  与“复用功能输出”模式类似，在“复用功能输入模式”时，GPI0 引脚的信号传输到STM32其它片上外设，由该外设读取引脚状态。同样，如我们使用USART串口通讯时，需要用到某个GPIO引脚作为通讯接收引脚，这个时候就可以把该GPIO引脚配置成USART串口复用功能，使USART可以通过该通讯引脚的接收远端数据。

<7>模拟输入输出
  当GPI0引脚用于ADC采集电压的输入通道时，用作“模拟输入”功能，此时信号是不经过施密特触发器的，因为经过施密特触发器后信号只有0、1两种状态，所以ADC外设要采集到原始的模拟信号，信号源输入必须在施密特触发器之前。类似地，当GPIO引脚用于DAC作为模拟电压输出通道时，此时作为“模拟输出”功能，DAC的模拟信号输出就不经过双MOS管结构，模拟信号直接输出到引脚。

4. GPIO工作模式

5. GPIO初始化结构体讲解

void  GPIO_Config()
{
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;//建立初始化结构体
	RCC_APB2PeriphClockCmd (GPIO_PortSourceGPIOA,ENABLE); //打开GPIOA的时钟
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_PinSource0;//选择要控制的引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_pp;//选择输出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//选择引脚输出速率
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//初始化函数,把结构体参数写入函数
	/*
	GPIO_PortSourceGPIOA:GPIOX的某一组端口
	GPIO_PinSource0:GPIOX的某个引脚
	*/
}

  完成这些，意味着gpio已经准备妥当可以供使用，这一步相当于准备工作。stm32操作外设第一步做的就是打开该外设的时钟。无论什么操作这一步必不可少。

  
6. GPIO主要输出与读取函数讲解
Stm32输出高电平函数
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

Stm32输出低电平函数
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

Stm32单片机的整个IO进行复位操作
void GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef* GPIOx)

GPIO初始化函数
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)

对GPIO端口某一位进行写操作
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);

对GPIO端口某一组进行写操作
void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);

对GPIO端口某一位输入IO口进行读操作
uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

对GPIO端口某一组输入IO口进行读操作
uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx)

读取GPIO端口某一位输出的状态
uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

读取GPIO端口某一组输出的状态
uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx)

注:记住这些函数即可，其余的日常基本上不会用到。
  

7. GPIO全部库函数
1.void GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef* GPIOx);
2.void GPIO_AFIODeInit(void);
3.void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);
4.void GPIO_StructInit(GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);
5.uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
6.uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);
7.uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
8.uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);
9.void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
10.void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
11.void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);
12.void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);
13.void GPIO_PinLockConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
14.void GPIO_EventOutputConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource);
15.void GPIO_EventOutputCmd(FunctionalState NewState);
16.void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalState NewState);
17.void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource);
18.void GPIO_ETH_MediaInterfaceConfig(uint32_t GPIO_ETH_MediaInterface);

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