关于stm32的GPIO的操作

 

首先先了解一下输出的模式

比较常用的是 推挽输出

1）GPIO_Mode_AIN 模拟输入 

（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入

​（3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入

（4）GPIO_Mode_IPU 上拉输入

​（5）GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出

​（6）GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出

​（7）GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出

​（8）GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出
 

首先简述一下stm3的gpio

接口（interface）：主机（CPU）与外部设备（指MCU片上外设）之间缓冲电路。它用于完成主机与外部设备设间速度匹配、信号转换，并完成某些控制功能。按数据的传输方式可分为并行接口和串行接口，并行接口指一般I/O接口或通用I/O接口，而串行接口有I2C/SPI/UART等等。

端口（port）：I/O接口电路中已经编址并能进行读写操作的寄存器。端口分为数据端口、状态端口及控制端口，普遍存在于各个接口电路中。每个接口电路中都包含一组寄存器，CPU与外部设备进行信息交换时，各类信息在接口中存入不同的寄存器，这些寄存器就是I/O端口，简称I/O口，也称为I/O端口寄存器。

引脚（pin）：集成电路与外围电路连接的管脚。

接口（端口）概念是对并行接口和串行接口（I2C/SPI/UART等片上外设）而言的，MCU中大多数的功能模块都有接口电路。狭义上，端口概念往往特指I/O并行接口电路中的寄存器。此外，通常我们所说的“I/O口”指的就是“I/O端口”。

一、GPIO的模式选择

通过GPIO模式寄存器GPIOx_MODER（x是端口名称，x=A…I/J/K）来设置GPIO端口位的方向： 
1、输入模式（复位状态） 
2、GPIO输出模式 
3、复用功能模式 
4、模拟功能模式 
GPIOx_MODER的设置方法，详见技术参考手册TRM。

二、GPIO端口寄存器

每个I/O端口均有下列寄存器，每个端口位均可自由编程，但I/O端口寄存器必须按32位字、半字或字节被访问。其中，GPIOx_BSRR寄存器旨在实现对GPIOx_ODR寄存器进行原子读取/修改访问，具有对GPIOx_ODR按位写权限。

1、4个32位配置寄存器：GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR、GPIOx_PUPDR，这些寄存器位可通过软件写入。其中，输出类型寄存器GPIOx_OTYPER是用1个寄存器位设置1个I/O位，其他配置寄存器均是用2个寄存器位设置1个I/O位。

GPIOx_MODER：选择I/O端口方向为 输入/通用输出/AF/模拟，复位状态为输入。

GPIOx_OTYPER：选择输出类型为 推挽/开漏，复位状态为推挽输出。

GPIOx_OSPEEDR：选择I/O输出驱动电路的响应速度为 低速/中速/快速/高速，用于噪声控制。（由下面Table 22. Port bit configuration table 可知，这个速度寄存器只对输出模式和AF起作用）。 
注意：GPIO的引脚速度是指I/O口驱动电路的响应速度而不是输出信号的速度，输出信号的速度与程序有关。此外，如果较高频率的信号经过较低频率的驱动电路输出，那么输出的信号就会产生失真，所以驱动电路的频率和信号的频率之间满足采样定理的要求。驱动电路的频率应该适当不能过大（建议10~20倍于信号的频率），以便降低噪声、功耗和电磁辐射。

GPIOx_PUPDR：选择I/O端口为 无上拉或下拉/上拉/下拉/保留（与IO端口方向无关）。

2、2个32位数据寄存器：GPIOx_IDR、GPIOx_ODR

GPIOx_IDR：这些寄存器位为只读 形式，并且只能在字模式下访问。

GPIOx_ODR：这些寄存器位可通过软件读取和写入。

3、1个32位置位复位寄存器：GPIOx_BSRR

GPIOx_BSRR低半字用来置位GPIOx_ODR，即写入“1”，而高半字用来复位GPIOx_ODR，即写入“0”。GPIOx_BSRR旨在对GPIOx_ODR寄存器进行原子读写操作，它只能在字、半字、字节模式下被访问对GPIOx_ODR进行原子操作。

4、1个32位锁定寄存器：GPIOx_LCKR

锁定寄存器GPIOx_LCKR的每个锁定位用于锁定端口位的配置。冻结的寄存器包括：GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR、GPIOx_PUPDR、GPIOx_AFRH、GPIOx_AFRL，它只能以字的方式被访问。锁定寄存器锁定配置后，就会避免因意外改写端口寄存器配置造成大电流损坏芯片的故障或其他故障。

5、2个32位复用功能选择寄存器：GPIOx_AFRH、GPIOx_AFRL

GPIOx_AFRL：用四位寄存器位选择一个对应的复用功能。该寄存器用于选择AF0~AF7。

GPIOx_AFRH：用四位寄存器位选择一个对应的复用功能。该寄存器用于选择AF8~AF15。

复用功能选择寄存器只能通过字被访问。

三、GPIO的工作模式

通过对4种端口配置寄存器进行编程，可将GPIO口的各个端口位配置成以下8种工作模式：

输入+悬空 
输入+上拉 
输入+下拉 
模拟（用作ADC输入、DAC输出或者捕获输入情况下） 
输出+开漏+上拉/下拉（输出模式时GPIO的输出速度是可配置的） 
输出+推挽+上拉/下拉（输出模式时GPIO的输出速度是可配置的） 
复用功能+推挽+上拉/下拉（复用功能时速度是可配置的） 
复用功能+开漏+上拉/下拉（复用功能时速度是可配置的）

● I/O输入通道有个TTL施密特触发器，它用于将变化缓慢的输入信号整形成边沿陡峭的矩形脉冲。同时，施密特触发器利用其回差电压提高了电路的抗干扰能力； 
● 所有的I/O口均兼容TTL电平和CMOS电平； 
● 大多数I/O是5V电压容限（FT 结构的I/O是5V容限，其他结构的I/O不是。详细情况请参见相应的STM32F4数据手册）； 
● 当GPIO被配置为模拟功能时，I/O不再是5V电压容限，这时以VDDA为电压容限； 
● 除了端口A和B（主要是PA13/PA14/PA15/PB3/PB4这5个端口位复位后专门用于片上调试模块，不受4个GPIO控制寄存器控制），其他端口的所有端口位复位期间或者复位后都是悬空输入状态； 
● 输出通道中，输出数据寄存器和复用功能输出接到多路复用器，再经过输出控制连接到推挽电路的门极。值得注意的是输出控制会将输出数据寄存器和复用功能输出的电平进行反转（即’1’变’0’，’0’变’1’）。仔细观察会发现P-MOS管的门极有个小圈“。”，它表示P-MOS的门极为低电平’0’时，P-MOS导通。反之，N-MOS是门极为高电平’1’时导通； 
● 推挽输出的驱动能力强，并且推挽输出时，若P-MOS导通，引脚上的电压不会因为外部器件或设备（即引脚带负载）而有所降低； 
● I/O端口位的最大状态切换频率为90MHZ。
● 输出缓冲器被禁止； 
● 施密特触发输入被激活； 
● 根据寄存器GPIOx_PUPDR中的值选择引脚为弱上拉或弱下拉或悬空输入； 
● I/O引脚上的数据在每个AHB1时钟周期被采样到输入数据寄存器； 
● 对输入数据寄存器的读访问可获得I/O状态。

● 输出缓冲器被激活 
─ 开漏模式：输出寄存器上的 ‘0’ 激活N-MOS，而输出寄存器上的 ‘1’ 将端口置于高阻状态(PMOS从不被激活)； 
─ 推挽模式：输出寄存器上的 ‘0’ 激活N-MOS，而输出寄存器上的 ‘1’ 将激活P-MOS； 
● 施密特触发器输入被激活； 
● 选择引脚为弱上拉或弱下拉输出或悬空； 
● I/O脚上的数据在每个AHB1时钟周期被采样到输入数据寄存器； 
● 对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态； 
● 对输出数据寄存器的读访问得到最后一次写的值。

由图4可以看出，当I/O端口被配置为复用功能AF（Alternate Function）时： 
● 输出缓冲器可以被配置成开漏或推挽； 
● 输出缓冲器被片上外设信号驱动； 
● 施密特触发器输入被激活； 
● 根据寄存器GPIOx_PUPDR中的值选择引脚为弱上拉或弱下拉或悬空输出； 
● I/O脚上的数据在每个AHB1时钟周期被采样到输入数据寄存器； 
● 对输出数据寄存器的读访问得到最后一次写的值。

 

● 输出缓冲器被禁止； 
● 施密特触发器输入被暂停，0功耗，并且输出一直维持在0值状态； 
● 管脚的弱上拉和下拉被禁止； 
● 访问输入数据寄存器得到的数值为0；

五、GPIO引脚作为一般IO输入时，引脚的状态和端口输入寄存器GPIOx_IDR的状态是否一致？

在学习51核单片机时，由于51单片机I/O接口电路结构的原因，I/O输入时，I/O的引脚状态会出现与锁存器不一样的情况。所以，往往在I/O上拉输入前，提前向锁存器写入“1”，指令上也分为读引脚和读锁存器指令。

那么，基于Cortex-M内核的MCU的I/O引脚输入时是否也有与51单片机同样的问题呢？？

答案是否定的！因为Cortex-M内核的MCU的GPIO引脚在被配置为I/O输入时，其输出电路是断开的。这样，输出电路就不会影响到引脚的状态。所以，引脚上的状态和输入寄存器GPIOx_IDR中的数据始终一致。
 

 

为什么要配置端口?

因为GPIO中端口的作用很多,没有固定的一种模式,因此需要配置.

每个GPI/O端口有两个32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)，两个32位数据寄存器(GPIOx_IDR，GPIOx_ODR)，一个32位置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR)，一个16位复位寄存器(GPIOx_BRR)和一个32位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201611/318989.htm

GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式。每个I/O端口位可以自由编程，然而I/0端口寄存器必须按32位字被访问(不允许半字或字节访问)。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允许对任何GPIO寄存器的读/更改的独立访问；这样，在读和更改访问之间产生IRQ时不会发生危险。

配置为输出模式 , 驱动led , 配置思路是什么样的?

使能端口时钟;
选定需要配置的管脚;
配置端口的模式;
初始化端口; 
代码如下:

#include "led.h"
#include "sys.h"
void LED_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;//结构体变量定义

  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);//使能GPIOF时钟

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = (GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10); //LED0=PF9,LED1=PF10
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//50M
  GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOF
}
以下是配置按键的接口

程序如下：

/按键初始化函数
void KEY_Init(void) //IO初始化
{ 
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE);//使能PORTA,PORTE时钟

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4;//KEY0-KEY2
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //设置成上拉输入
     GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOE2,3,4

    //初始化 WK_UP-->GPIOA.0      下拉输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0设置成输入，默认下拉      
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.0

}

 

以下是配置ds18b20的接口

//IO方向设置
#define DS18B20_IO_IN()  {GPIOG->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOG->CRH|=8<<12;}
#define DS18B20_IO_OUT() {GPIOG->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOG->CRH|=3<<12;}
IO操作函数                                               
#define    DS18B20_DQ_OUT PGout(11) //数据端口    PA0 
#define    DS18B20_DQ_IN  PGin(11)  //数据端口    PA0 

//IO方向设置  gpio13  每4个位控制1个IO。
//#define DS18B20_IO_IN()  {GPIOG->CRH&=0XFFF0FFFFF;GPIOG->CRH|=8<<20;}
//#define DS18B20_IO_OUT() {GPIOG->CRH&=0XFFF0FFFFF;GPIOG->CRH|=3<<20;}
//IO操作函数                                               
//#define    DS18B20_DQ_OUT PGout(13) //数据端口    PA0 
//#define    DS18B20_DQ_IN  PGin(13)  //数据端口    PA0 
 

 

 

再看GPIO功能很强大：

1.通用I/O(GPIO)：最最基本的功能，可以驱动LED、可以产生PWM、可以驱动蜂鸣器等等；

2.单独的位设置或位清除：方便软体作业，程序简单。端口配置好以后只需GPIO_SetBits(GPIOx, GPIO_Pin_x)就可以实现对GPIOx的pinx位为高电平；

3.外部中断/唤醒线：端口必须配置成输入模式时，所有端口都有外部中断能力；

4.复用功能(AF)：复用功能的端口兼有IO功能等。复位期间和刚复位后，复用功能未开启，I/O端口被配置成浮空输入模式：(CNFx[1:0]=01b，MODEx[1:0]=00b)。

5.软件重新映射I/O复用功能：为了使不同器件封装的外设I/O功能的数量达到最优，可以把一些复用功能重新映射到其他一些脚上。这可以通过软件配置相应的寄存器来完成。这时，复用功能就不再映射到它们的原始引脚上了；

6.GPIO锁定机制：主要针对复位设定的，当某端口位lock后，复位后将不改变的此端口的位配置。

GPIO基本设置

GPIOMode_TypeDef GPIO mode定义及偏移地址

GPIO_Mode_AIN = 0x0,//模拟输入

GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04, //悬空输入

GPIO_Mode_IPD = 0x28,//下拉输入

GPIO_Mode_IPU = 0x48,//上拉输入

GPIO_Mode_Out_OD = 0x14, //开漏输出

GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,//推挽输出

GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,//开漏复用

GPIO_Mode_AF_PP = 0x18//推挽复用

GPIO输入输出速度选择：

typedef enum

{

GPIO_Speed_10MHz = 1,

GPIO_Speed_2MHz,

GPIO_Speed_50MHz

}

GPIOSpeed_TypeDef;

#define IS_GPIO_SPEED(SPEED) ((SPEED == GPIO_Speed_10MHz) || (SPEED == GPIO_Speed_2MHz) ||(SPEED == GPIO_Speed_50MHz))

做一个GPIO输出的试验

当I/O端口被配置为推挽模式输出时：输出寄存器上的0激活N-MOS，而输出寄存器上的1将激活P-MOS。

用这段程序实现：GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

int main(void)

{

#ifdef DEBUG

debug();

#endif

RCC_Configuration();

NVIC_Configuration();

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

while (1)

{

GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_4); //设置PC.04 pin为高电平，点亮LED1

Delay();

GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_4); //设置PC.04 pin为低电平，熄灭LED1

Delay();

}

}