STM32的GPIO口的常识

快来打我* 2022-09-11 04:13 159阅读 0赞

近期要给非科班的师弟们讲解嵌入式基础，这里做一个汇总

# 一、概述 #

GPIO是**通用输入/输出端口**的简称，是STM32可控制的引脚。

GPIO的引脚与外部硬件设备连接，可**实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据**的功能。

例如，STM32F103ZET6芯片为144脚芯片，包括7个通用目的的输入/输出口（GPIO）组，分别为GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG。同时每组GPIO口组有16个GPIO口。通常简略称为PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx，其中x为0-15。

STM32的大部分引脚**除了当GPIO使用之外**，还可以**复用为外设功能引脚（比如串口）。**

# 二、GPIO的基本结构 #

每个GPIO内部都有这样的一个电路结构

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAQ29kZUZvckNvZmZlZQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

**保护二极管：**IO引脚上下两边两个二极管**用于防止引脚外部过高、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。但是尽管如此，还是不能直接外接大功率器件，须加大功率及隔离电路驱动，防止烧坏芯片或者外接器件无法正常工作。

**P-MOS管和N-MOS管：**由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。

**TTL肖特基触发器：**信号经过触发器后，**模拟信号转化为0和1的数字信号。**但是，当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时，用其“模拟输入”功能，此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。ADC外设要采集到的原始的模拟信号。

这里需要注意的是，在查看《STM32中文参考手册V10》中的GPIO的表格时，**会看到有“FT”一列，这代表着这个GPIO口时兼容3.3V和5V的；如果没有标注“FT”，就代表着不兼容5V。 **

# 三、STM32的GPIO工作方式 #

GPIO支持：

*  **4种输入模式**

**模拟输入、浮空输入、上拉输入、下拉输入**

GPIO\_Mode\_AIN 模拟输入

GPIO\_Mode\_IN\_FLOATING 浮空输入

GPIO\_Mode\_IPU 上拉输入

GPIO\_Mode\_IPD 下拉输入

*  **4种输出模式**

**开漏输出、推挽输出、复用开漏输出、复用推挽输出**

GPIO\_Mode\_Out\_OD 开漏输出

GPIO\_Mode\_Out\_PP 推挽输出

GPIO\_Mode\_AF\_OD 复用开漏输出

GPIO\_Mode\_AF\_PP 复用推挽输出

同时，GPIO还支持**3种最大翻转速度**

**2MHz、10MHz、50MHz**

每个I/O口可以自由编程，**但I/O口寄存器必须按32位字被访问。**

# 四、STM32的GPIO输入模式详解 #

## **1、浮空输入模式** ##

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAQ29kZUZvckNvZmZlZQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1][]

浮空输入模式下，**I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。**也就是说，I/O的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

## **2、上拉输入模式** ##

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAQ29kZUZvckNvZmZlZQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2][]

上拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是**在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在高电平**；并且在I/O端口输入为低电平的时候，输入端的电平也还是低电平。

##  3、**下拉输入模式** ##

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAQ29kZUZvckNvZmZlZQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3][]

下拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。**但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在低电平**；并且在I/O端口输入为高电平的时候，输入端的电平也还是高电平。

## 4、**模拟输入模式** ##

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAQ29kZUZvckNvZmZlZQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4][]模拟输入模式下，**I/O端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块**，比如ADC模块等等。

# 五、STM32的GPIO输出模式详解 #

## 1、**开漏输出模式** ##

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAQ29kZUZvckNvZmZlZQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5][]

开漏输出模式下，通过**设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值**，途经N-MOS管，最终输出到I/O端口。**这里要注意N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，N-MOS管处于关闭状态**，**此时I/O端口的电平就不会由输出的高低电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定；当设置输出的值为低电平的时候，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就是低电平。**同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；**注意，I/O端口的电平不一定是输出的电平。**

## **2、开漏复用输出模式** ##

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAQ29kZUZvckNvZmZlZQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6][]

开漏复用输出模式，与开漏输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不**是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。 **

# 参考 #

[【STM32】GPIO工作原理（八种工作方式超详细分析，附电路图）\_Yngz\_Miao的博客-CSDN博客\_stm32gpio工作模式][STM32_GPIO_Yngz_Miao_-CSDN_stm32gpio]

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[STM32_GPIO_Yngz_Miao_-CSDN_stm32gpio]: https://blog.csdn.net/qq_38410730/article/details/79858906