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STM32学习--GPIO(寄存器)

2023-05-16

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文章目录

  • 一、GPIO是什么？
  • 二、引脚
  • GPIO的输入
    • 输入框图
    • 输入模式
    • 作用
  • GPIO的输入
    • 输入框图
    • 输入模式
    • 作用
  • GPIO特性
  • GPIO寄存器
    • GPIO 端口模式寄存器 (GPIOx_MODER) (x = A..I)
    • GPIO 端口输出类型寄存器 (GPIOx_OTYPER) (x = A..I)
    • GPIO 端口输出速度寄存器 (GPIOx_OSPEEDR) (x = A..I/)
    • GPIO 端口上拉/下拉寄存器 (GPIOx_PUPDR) (x = A..I/)
    • GPIO 端口输入数据寄存器 (GPIOx_IDR) (x = A..I)
    • GPIO 端口输出数据寄存器 (GPIOx_ODR) (x = A..I)
    • GPIO 端口置位/复位寄存器 (GPIOx_BSRR) (x = A..I)
  • 总结

一、GPIO是什么？

GPIO（General Purpose I/O Ports）意思为通用输入/输出端口，通俗地说，就是一些引脚，可以通过它们输出高低电平或者通过它们读入引脚的状态-是高电平或是低电平。
GPIO口一是个比较重要的概念，用户可以通过GPIO口和硬件进行数据交互(如UART)，控制硬件工作(如LED、蜂鸣器等),读取硬件的工作状态信号（如中断信号）等。GPIO口的使用非常广泛。

二、引脚

GPIO引脚是通过端口号划分，端口号：GPIOA,GPIOB,GPIOC----,GPIOG；每个端口号下，最多有16个引脚。
例如：GPIOA的0号引脚标记为PA0
STM32F407

GPIO的输入

输入框图

STM32F407GPIO输出框图

输入模式

1、浮空输入
IO电压值由外设决定
2、输入上拉
外设没有发送数据，此时IO电压默认为高电平；
外设发送数据1，IO为高；
外设发送数据0，IO为低；
3、输入下拉
外设没有发送数据，此时IO电压默认为低电平；
外设发送数据1，IO为高；
外设发送数据0，IO为低；
4、模拟输入
ADC

作用

1.向寄存器输入数据
2.向ADC输入（模拟输入）
3.复用为其他外设输入：USART、SPI、IIC之类的外设

GPIO的输入

输入框图

STM32F407
P-MOS：输出高电平
N-MOS：输出低电平
同一时刻只有一个MOS管导通。
三极管模拟mos管：
输出控制器输出高电平 推过程 P导通 输出高电平
三极管模拟mos管输出控制器输出低电平 挽过程 N导通 输出低电平 例如图中二极管产生压差导通
在这里插入图片描述

输入模式

1、具有上拉或下拉功能的开漏输出
2、具有上拉或下拉功能的推挽输出
3、具有上拉或下拉功能的复用功能推挽
4、具有上拉或下拉功能的复用功能开漏

作用

1.开漏输出只能输出低电平/或由上拉电阻决定
2.推挽输出可输出高可输出低电平
3.复用，依然是复用给USART、SPI、IIC之类的外设

GPIO特性

● 受控 I/O 多达 16 个
● 输出状态：推挽或开漏 + 上拉/下拉
● 从输出数据寄存器 (GPIOx_ODR) 或外设（复用功能输出）输出数据
● 可为每个 I/O 选择不同的速度
● 输入状态：浮空、上拉/下拉、模拟
● 将数据输入到输入数据寄存器 (GPIOx_IDR) 或外设（复用功能输入）
● 置位和复位寄存器 (GPIOx_BSRR)，对 GPIOx_ODR 具有按位写权限
●锁定机制 (GPIOx_LCKR)，可冻结 I/O 配置
●模拟功能
复用功能输入/输出选择寄存器（一个 I/O 最多可具有 16 个复用功能）
快速翻转，每次翻转最快只需要两个时钟周期
引脚复用非常灵活，允许将 I/O 引脚用作 GPIO 或多种外设功能中的一种

每个 I/O 端口位均可自由编程，但 I/O 端口寄存器必须按 32 位字、半字或字节进行访问。 GPIOx_BSRR 寄存器旨在实现对 GPIO ODR 寄存器进行原子读取/修改访问。这样便可确保 在读取和修改访问之间发生中断请求也不会有问题。
字：4个字节
半字：2个字节
字节：1个字节

GPIO寄存器

每个通用 I/O 端口包括 4 个 32 位配置寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、 GPIOx_OSPEEDR 和 GPIOx_PUPDR）、2 个 32 位数据寄存器（GPIOx_IDR 和 GPIOx_ODR）、1 个 32 位置位/复位寄存器 (GPIOx_BSRR)、1 个 32 位锁定寄存器 (GPIOx_LCKR) 和 2 个 32 位复用功能选择寄存器（GPIOx_AFRH 和 GPIOx_AFRL）。

GPIO 端口模式寄存器 (GPIOx_MODER) (x = A…I)

模式寄存器
通俗来讲就是用来对应的位置写入值来选择端口的工作模式
例如：给GPIOA的8号引脚配置为输出模式
找到 GPIOA的MODER寄存器（GPIOA->MODER），端口A的默认值是0xA800 0000（10101000 00000000 00000000 00000000），向其17、16位写入“01”（GPIOA->MODER|=（1<<16））得到0xA8010000(10101000 00000001 00000000 00000000) 这样就给GPIOA配置为输出模式
注意：要分清手册上的地址和值取别

GPIO 端口输出类型寄存器 (GPIOx_OTYPER) (x = A…I)

输出类型寄存器
通俗来说就是用来配置输出模式的
输出模式只有两种所以使用一位就可以操作，所以16到31位保留，写入操作和模式寄存器相同，一个寄存器占用四字节所以要偏移4

GPIO 端口输出速度寄存器 (GPIOx_OSPEEDR) (x = A…I/)

用来配置输出速度
偏移地址：0x08
● 0x0000 00C0（端口 B）
● 0x0000 0000（其它端口）输出速度寄存器
00：2 MHz（低速）
01：25 MHz（中速）
10：50 MHz（快速）
11：30 pF 时为 100 MHz（高速）（15 pF 时为 80 MHz 输出（最大速度））

GPIO 端口上拉/下拉寄存器 (GPIOx_PUPDR) (x = A…I/)

上拉下拉寄存器
用来配置端口上拉下拉
00：无上拉或下拉
01：上拉
10：下拉
11：保留

GPIO 端口输入数据寄存器 (GPIOx_IDR) (x = A…I)

输入寄存器
用来存放I/O口电平状态

GPIO 端口输出数据寄存器 (GPIOx_ODR) (x = A…I)

输出寄存器
用来存放要输出的I/O口电平状态

GPIO 端口置位/复位寄存器 (GPIOx_BSRR) (x = A…I)

复位寄存器
对端口电平进行置位复位操作（0或1）类似于ODR

总结

文章介绍了GPIO的输入输出原理，和寄存器配置操作

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