STM32的GPIO（通用输入输出端口）详细介绍

推荐文章【正点原子STM32】GPIO简介、IO端口基本结构、GPIO的八种模式、GPIO寄存器、通用外设驱动模型、GPIO配置s、编程实战1.GPIO是什么General Purpose Input Output即通用输入输出端口简称GPIO作用负责采集外部器件的信息或者控制外部器件工作即输入输出2.STM32 GPIO简介STM32引脚类型 电源引脚、晶振引脚、复位引脚、 下载引脚、BOOT引脚、GPIO引脚。2.1 电气特性STM32 的 GPIO 引脚支持多种电气配置输入/输出电压范围2 V ≤ VDD ≤ 3.6 V。GPIO识别电压范围COMS端口-0.3V ≤ VIL ≤ 1.164V 1.833V ≤ VIH ≤ 3.6V最大驱动电流不同型号的 STM32 芯片GPIO 引脚的驱动能力不同通常在 20mA 左右可以直接驱动小功率的外部设备如 LED。单个IO最大25mA。2.2 命名规则GPIO 引脚根据其所在的端口和引脚编号命名例如GPIOA5表示 A 组的第 5 个引脚GPIOB3表示 B 组的第 3 个引脚。STM32 芯片通常有多个 GPIO 端口如 A 组、B 组、C 组等每个端口包含多个引脚每个引脚都可以单独配置。3.GPIO基本结构① 保护二极管保护二极管共有两个用于保护引脚外部过高或过低的电压输入。当引脚输入电压高于VDD 时上面的二极管导通当引脚输入电压低于 VSS 时下面的二极管导通从而使输入芯片内部的电压处于比较稳定的值。虽然有二极管的保护但这样的保护却很有限大电压大电流的接入很容易烧坏芯片。②上拉、下拉电阻当使用弱上拉电阻时当外部设备未连接到输入引脚时引脚会被连接到电源电压VDD上即被拉高。这样可以确保输入引脚在未连接外部信号时具有确定的电平。相反当使用弱下拉电阻时当外部设备未连接到输入引脚时引脚会被连接到地GND即被拉低。③施密特触发器施密特触发器Schmitt Trigger是一种特殊类型的比较器电路其主要特点是具有正向和负向的阈值电压使得输出在输入信号上升沿和下降沿之间产生突变。施密特触发器被广泛用于信号整形和去除噪声的电路中。对于标准施密特触发器当输入电压高于正向阈值电压输出为高当输入电压低于负向阈值电压输出为低当输入在正负向阈值电压之间输出不改变也就是说输出由高电准位翻转为低电准位或是由低电准位翻转为高电准位对应的阈值电压是不同的。只有当输入电压发生足够的变化时输出才会变化因此将这种元件命名为触发器。这种双阈值动作被称为迟滞现象表明施密特触发器有记忆性。从本质上来说施密特触发器是一种双稳态多谐振荡器。施密特触发器可作为波形整形电路能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形而且由于施密特触发器具有滞回特性所以可用于抗干扰其应用包括在开回路配置中用于抗扰以及在闭回路正回授/负回授配置中用于实现多谐振荡器。④P-MOS管和N-MOS管P-MOSP型金属氧化物半导体场效应晶体管和N-MOSN型金属氧化物半导体场效应晶体管是MOS金属氧化物半导体场效应晶体管的两种类型它们是CMOS复杂金属氧化物半导体技术的基本组成部分。这个结构控制 GPIO 的开漏输出和推挽输出两种模式。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。推挽输出这两只对称的 MOS 管每次只有一只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拉电流。推拉式输出既能提高电路的负载能力又能提高开关速度。4.GPIO八种模式4.1 输入浮空①上拉电阻关闭 ②下拉电阻关闭 ③施密特触发器打开 ④双MOS管不导通特点空闲时IO状态不确定由外部环境决定4.2 输入上拉①上拉电阻打开 ②下拉电阻关闭 ③施密特触发器打开 ④双MOS管不导通特点空闲时IO呈现高电平4.3 输入下拉①上拉电阻关闭 ②下拉电阻打开 ③施密特触发器打开 ④双MOS管不导通特点空闲时IO呈现低电平4.4 模拟功能①上拉电阻关闭 ②下拉电阻关闭 ③施密特触发器关闭 ④双MOS管不导通模拟输入模式下IO 端口的模拟信号电压信号而非电平信号不经过 TTL 施密特触发器直接输入到片上外设模块比如 ADC 模块等。特点专门用于模拟信号输入或输出如ADC和DAC4.5 开漏输出​①上拉电阻关闭 ②下拉电阻关闭 ③施密特触发器打开 ④ P-MOS管始终不导通 ⑤往ODR对应位写0 N-MOS管导通 写1则N-MOS管不导通特点不能输出高电平必须有外部或内部上拉才能输出高电平4.6 开漏式复用功能​①上拉电阻关闭 ②下拉电阻关闭 ③施密特触发器打开 ④ P-MOS管始终不导通特点 1、不能输出高电平必须有外部或内部上拉才能输出高电平 2、由其他外设控制输出4.7 推挽输出​①上拉电阻关闭 ②下拉电阻关闭 ③施密特触发器打开 ④往ODR对应位写0N-MOS管导通写1则P-MOS管导通特点可输出高低电平驱动能力强4.8 推挽式复用功能​①上拉电阻关闭 ②下拉电阻关闭 ③施密特触发器打开特点 1、可输出高低电平驱动能力强 2、由其他外设控制输出