MCU学习笔记_GPIO工作原理

MCU学习笔记

STM32时钟

1. STM32 GPIO基础知识
2. STM32 GPIO工作模式
3. STM32 GPIO寄存器
4. 配置寄存器操作IO口
5. 配置HAL库函数操作IO口

1. STM32 GPIO基础知识

• GPIO, General purpose input output, 通用输入输出端，可通过程序软件配置成输入或者输出端。

• 引脚与GPIO的区别和联系

  STM32的引脚中，有部分是做GPIO使用，其他部分是电源引脚/复位引脚/启动模式引脚/晶振引脚/调试下载等功能的引脚。
  例如：STM32FXXXIGT6：140个IO口 = 8组（PA-PH） *16个（PX0-PX15）+12个（PI0-PI11）

• 引脚复用

  STM32的大部分引脚除了当GPIO使用外，还可以复用为外设功能引脚（如串口等）。
  
  复用原理

  可以通过AFRL寄存器，配置引脚的功能。
  优点：大大节省IO引脚的资源

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2. STM32 GPIO工作模式

• 8种工作模式

  • 4种输入模式

    1. 输入浮空：上拉下拉不被设置，IO口的电平，直接通过施密特触发器，到大输入数据寄存器，CPU可以通过输入数据寄存器，读取状态.

    2. 输入上拉：上拉起作用，下拉没有连接；IO口引脚的电平数据经过施密特触发器，进入输入数据寄存器，CPU可以通过输入数据寄存器，读取状态.

    3. 输入下拉：下拉起作用，连接VSS，上拉没有连接；IO口引脚的电平数据经过施密特触发器，进入输入数据寄存器，CPU可以通过输入数据寄存器，读取状态.

    4. 模拟输入：上拉，下拉都不起作用，施密特触发器关闭，输入模拟信号，通过ADC，转换成数字信号，CPU可以读取ADC的相关寄存器。

    • 4种输出模式

    1. 开漏输出（带上拉或者下拉）: 当写入1，3处的P-MOS管无效，N-MOS管截止，IO端口的输出电平由上拉电阻决定； 当写入0，3处的P-MOS管无效，N-MOS管导通，IO端口的输出低电平；

    2. 开漏复用功能（带上拉或者下拉） ：输入为偏上外设模块，当写入1，3处的P-MOS管无效，N-MOS管截止，IO端口的输出电平由上拉电阻决定； 当写入0，3处的P-MOS管无效，N-MOS管导通，IO端口的输出低电平；

    3. 推挽式输出（带上拉或者下拉） ：设置输入为1，IO口输出为低电平；设置输入为0，IO口输出为高电平；

    4. 推挽式复用功能（带上拉或者下拉）：由片上外设输入，设置输入为1，IO口输出为低电平；设置输入为0，IO口输出为高电平；
       注意：
       推挽输出：可以输出强高低电平，连接数字器件
       开漏输出：只可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高。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。适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强.

  • 4种最大输出速度（F429）

  1. 2MHz 低速
  2. 25MHz 中速
  3. 50MHz 快速
  4. 100MHz 高速

上电复位后，GPIO默认为输入浮空状态，部分特殊功能引脚为特定状态；
复位后，调试引脚处于复用功能上拉/下拉状态：

• PA15: JTDI处于上拉状态
• PA14: JTCK/SWCLK处于下拉状态
• PA13: JTMS/SWDAT处于下拉状态
• PB4: NJTRS处于上拉状态
• PB3: JTDO处于浮空状态

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3. STM32 GPIO寄存器

• 每组IO口由10个局存起组成，如果芯片有GPIOA- GPIOI 9个组，那么一共有9*10个寄存器
• 如果配置一个IO口需要2个位，那么刚好32位寄存器配置一组IO口16个IO口
• 如果配置一个IO口只需要1个位，一般高16位保留
• BSRR寄存器32位分为低16位BSRRL和高16位BSRRH，BSRRL配置一组IO口的16个IO口的置位状态（1），BSRRH配置复位状态（0）。

每组GPIO端口的寄存器包括：

• 4个32位配置寄存器
  一个端口模式寄存器（GPIO_MODER）
  一个端口输出类型寄存器（GPIOx_OTYPER）
  一个端口输出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）
  一个端口上拉下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）

• 2个32位数据寄存器
  一个端口输入数据寄存器（GPIOx_IDR）
  一个端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR）

• 1个32位位置位/复位寄存器 （GPIOx_BSRR）

• 1个32位配置锁存寄存器（GPIOx_LCKR）

• 2和32位复用功能共寄存器（低位GPIOx_AFRL&GPIOx_AFRH）

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4. 配置寄存器操作IO口

• 一般步骤：
  1. 初始化HAL库：HAL_Init();
  2. 初始化系统时钟
  3. 使能IO口时钟。配置IO口时钟使能寄存器：RCC -> AHBIENR
  4. 初始化IO口模式。配置四个配置寄存器；（GPIO_MODER, GPIOx_OTYPER, GPIOx_OSPEEDR, GPIOx_PUPDR）
  5. 操作IO口，输出高低电平。
     配置寄存器GPIO_ODR，或者GPIOx_BSRR
• STM32 配置寄存器代码

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "uart.h"

int main(void)
{
   
	//初始化HAL库
	HAL_Init();
	
	//初始化系统时钟
	Stm32_Clock_Init(360,25,2,8);

	//延时初始化
	delay_init(180);
	
	//配置IO口时钟使能寄存器,使能AHB1寄存器
	RCC->AHB1ENR |= 1<<1; 
	
	//初始化IO口模式。配置四个配置寄存器——通用推挽输出带上拉
	GPIOB->MODER = 0X00000005;//初始化IO口模式。配置MODER寄存器
	GPIOB->OTYPER = 0X00000000;//初始化IO口模式。配置OTYPER寄存器
	GPIOB->OSPEEDR = 0X0000000F;//初始化IO口模式。配置OSPEEDR寄存器
	GPIOB->PUPDR = 0X00000005;//初始化IO口模式。配置PUPDR寄存器
	//操作IO口
	while(1)
	{
   
		GPIOBx->BSRR = 0x00000003; //操作IO口，输出高电平
		delay_ms(500);
		GPIOBx->BSRR = 0x00030000; //操作IO口，输出低电平
		delay_ms(500);
	}
}

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5. 配置库函数操作IO口

• 可用函数

1. 初始化函数：
   初始化一个或者多个IO口的工作模式，输出类型，速度以及上拉/下拉方式。也就是一组IO口的4个配置寄存器。

//（GPIO_MODER, GPIOx_OTYPER, GPIOx_OSPEEDR, GPIOx_PUPDR）
void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);

2. 读取输入电平函数
   读取某个GPIO的输入电平。实际操作的是GPIOx_IDR寄存器

//GPIOx_IDR寄存器
GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef *GPIOx,uint16_t GPIO_Pin);

3. 设置引脚输出电平函数

//GPIO_ODR，或者GPIOx_BSRR
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx,uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState);

4. 输出电平翻转函数

void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx,uint16_t GPIO_Pin);

• 操作步骤

  1. 初始化HAL库：HAL_Init();
  2. 初始化系统时钟
  3. 使能IO口时钟。_HAL_RCC_GPPIOB_CLK_ENABLE();
  4. 初始化IO口模式。HAL_GPIO_Init();
  5. 操作IO口，输出高低电平。HAL_GPIO_WritePin();

• HAL库函数操作IO口代码

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "uart.h"

int main(void)
{
   
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	//初始化HAL库
	HAL_Init();
	
	//初始化系统时钟
	Stm32_Clock_Init(360,25,2,8);

	//延时初始化
	delay_init(180);
	
	//使能IO口时钟	 
	__HAL_RCC_GPPIOB_CLK_ENABLE();

   //初始化IO口模式
	GPIO_InitStructure.Mode= GPIO_Mode_OUTPUT_PP；//推挽输出
	GPIO_InitStructure.Pin= GPIO_PIN0；//PIN0
	GPIO_InitStructure.Pull= GPIO_PULLUP；//上拉
	GPIO_InitStructure.Speed= GPIO_SPEED_FREEQ_VERY_HIGH；//速度，高速
	
	HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
	while(1)
	{
   
		//操作IO口，输出高低电平。
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_RESET);	//PB0=0
		delay_ms(500);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);	//PB0=1
		delay_ms(500);
	}
}

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参考资料：正点原子视频 Thanks^^

【注】：个人学习笔记，如有错误，望不吝赐教，这厢有礼了~~~

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转载：https://blog.csdn.net/weixin_50722839/article/details/115908694