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GPIO工作模式是什么？

855 GPIO

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 GPIO如何进行配置？ GPIO工作模式是什么？ 0
2021-11-10 06:16:57　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × bertvwang 该类别下有 10 个回答。邀请回答纯纯纯牛奶该类别下有 10 个回答。邀请回答王伟01 该类别下有 9 个回答。邀请回答幽默该类别下有 9 个回答。邀请回答偶是糕富帅该类别下有 8 个回答。邀请回答 Ehunt 该类别下有 8 个回答。邀请回答 tutu304725938 该类别下有 8 个回答。邀请回答 fhbding 该类别下有 8 个回答。邀请回答 dahairenlyy 该类别下有 8 个回答。邀请回答凌晨3点睡该类别下有 8 个回答。邀请回答笔画张该类别下有 8 个回答。邀请回答 hzp_bbs1 该类别下有 8 个回答。邀请回答王萍该类别下有 7 个回答。邀请回答回头太晚该类别下有 7 个回答。邀请回答温暖镜头该类别下有 7 个回答。邀请回答 kmno4 该类别下有 7 个回答。邀请回答 djelje 该类别下有 7 个回答。邀请回答 liutiefu 该类别下有 7 个回答。邀请回答 pingnai 该类别下有 7 个回答。邀请回答雅博电子科技该类别下有 7 个回答。邀请回答举报早知相关推荐 • 如何查找GPIO功能？GPIO工作模式是什么？ 1273 • GPIO工作模式有哪几种？ 1170 • HAL库的GPIO具有哪几种工作模式？ 1154 • GPIO有哪几种工作模式？ 2998 • 什么是GPIO？GPIO工作原理是什么？ 1243 • 一个关于AM3359的GPIO口模式配置问题请教？ 2575 • STM32F103ZET6的GPIO有哪几种工作模式呢 1813 • 小编科普STM32的GPIO工作方式有哪几种 1395 • STM32的GPIO输出模式与输入模式详解 1844 • 蓝牙AT模式和正常模式切换进入AT后无法再正常模式工作 1966 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 STM32F4的GPIO区别与F1的GPIO配置，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。 GPIO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）。一、 GPIO寄存器（端口控制数据输入输出置位/复位锁定复用） I/O 端口控制寄存器 GPIO 有 4 个 32 位存储器映射的控制寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、 GPIOx_OSPEEDR、GPIOx_PUPDR），可配置多达 16 个 I/O。 GPIOx_MODER 寄存器用于选择 I/O 方向（输入、输出、AF、模拟）。 MODERy[1:0]：端口 x 配置位 (Port x configuration bits) (y = 0..15) 这些位通过软件写入，用于配置 I/O 方向模式。 00：输入（复位状态） 01：通用输出模式 10：复用功能模式 11：模拟模式 GPIOx_OTYPER 和 GPIOx_OSPEEDR 寄存器分别用于选择输出类型（推挽或开漏）和速度 (无论采用哪种 I/O 方向，都会直接将 I/O 速度引脚连接到相应的 GPIOx_OSPEEDR 寄存器位）。无论采用哪种 I/O 方向，GPIOx_PUPDR 寄存器都用于选择上拉/下拉。输出类型配置寄存器OTy[1:0]：端口 x 配置位 (Port x configuration bits) (y = 0..15) 这些位通过软件写入，用于配置 I/O 端口的输出类型。 0：输出推挽（复位状态） 1：输出开漏输出速度配置寄存器OSPEEDRy[1:0]：端口 x 配置位 (Port x configuration bits) (y = 0..15) 这些位通过软件写入，用于配置 I/O 输出速度。 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））端口上拉/下拉寄存器PUPDRy[1:0]：端口 x 配置位 (Port x configuration bits) (y = 0..15) 这些位通过软件写入，用于配置 I/O 上拉或下拉。 00：无上拉或下拉 01：上拉 10：下拉 11：保留 I/O 端口数据寄存器每个 GPIO 都具有 2 个 16 位数据寄存器：输入和输出数据寄存器（GPIOx_IDR 和 GPIOx_ODR）。GPIOx_ODR 用于存储待输出数据，可对其进行读/写访问。通过 I/O 输入的数据存储到输入数据寄存器 (GPIOx_IDR) 中，它是一个只读寄存器。端口输入寄存器IDRy[15:0]：端口输入数据 (Port input data) (y = 0..15) 这些位为只读形式，只能在字模式下访问。它们包含相应 I/O 端口的输入值。端口输出寄存器IODRy[15:0]：端口输出数据 (Port output data) (y = 0..15) 这些位可通过软件读取和写入。注意：对于原子置位 /复位，通过写入 GPIOx_BSRR 寄存器，可分别对 ODR 位进行置位和复位 (x = A..I/)。 I/O 数据位操作端口置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR） BRy：端口 x 复位位 y (Port x reset bit y) (y = 0..15) 这些位为只写形式，只能在字、半字或字节模式下访问。读取这些位可返回值 0x0000。 0：不会对相应的 ODRx 位执行任何操作 1：对相应的 ODRx 位进行复位注意：如果同时对 BSx 和 BRx 置位，则 BSx 的优先级更高。位 15:0 BSy：端口 x 置位位 y (Port x set bit y) (y= 0..15) 这些位为只写形式，只能在字、半字或字节模式下访问。读取这些位可返回值 0x0000。 0：不会对相应的 ODRx 位执行任何操作 1：对相应的 ODRx 位进行置位 I/O锁定机制 GPIO 端口配置锁定寄存器 (GPIOx_LCKR) (x = A..I) GPIO port configuration lock register 当正确的写序列应用到第 16 位 (LCKK) 时，此寄存器将用于锁定端口位的配置。位 [15:0] 的值用于锁定 GPIO 的配置。在写序列期间，不能更改 LCKR[15:0] 的值。将 LOCK 序列应用到某个端口位后，在执行下一次复位之前，将无法对该端口位的值进行修改。注意：可使用特定的写序列对 GPIOx_LCKR 寄存器执行写操作。在此写序列期间只允许使用字访问（32 位长）。每个锁定位冻结一个特定的配置寄存器（控制寄存器和复用功能寄存器）。 LCKK[16]：锁定键 (Lock key) 可随时读取此位。可使用锁定键写序列对其进行修改。 0：端口配置锁定键未激活。 1：端口配置锁定键已激活。直到 MCU 复位时，才锁定 GPIOx_LCKR 寄存器。锁定键写序列： WR LCKR[16] = ‘1’ + LCKR[15:0] WR LCKR[16] = ‘0’ + LCKR[15:0] WR LCKR[16] = ‘1’ + LCKR[15:0] RD LCKR RD LCKR[16] = ‘1’（此读操作为可选操作，但它可确认锁定已激活）注意：在锁定键写序列期间，不能更改 LCK[15:0] 的值。锁定序列中的任何错误都将中止锁定操作。在任一端口位上的第一个锁定序列之后，对 LCKK 位的任何读访问都将返回“1”，直到下一次 CPU 复位为止。位 15:0 LCKy：端口 x 锁定位 y (Port x lock bit y) (y= 0..15) 这些位都是读/写位，但只能在 LCKK 位等于“0”时执行写操作。 0：端口配置未锁定 1：端口配置已锁定 GPIO 复用功能低位寄存器 (GPIOx_AFRL) (x = A..I) GPIO 复用功能高位寄存器 (GPIOx_AFRH) (x = A..I) AFRHy：端口 x 位 y 的复用功能选择 (Alternate function selection for port x bit y) (y = 8.0.15) 这些位通过软件写入，用于配置复用功能 I/O。 AFRHy 选择： 0000：AF0 0001：AF1 0010：AF2 0011：AF3 0100：AF4 0101：AF5 0110：AF6 0111：AF7 1000：AF8 1001：AF9 1010：AF10 1011：AF11 1100：AF12 1101：AF13 1110：AF14 1111：AF15 二、GPIO框图解析通过GPIO 硬件结构框图，就可以从整体上深入了解GPIO 外设及它的各种应用模式。该图从最右端看起，最右端就是代表STM32 芯片引出的GPIO 引脚，其余部件都位于芯片内部。 1. 保护二极管及上、下拉电阻引脚的两保护个二级管可以防止引脚外部过高或过低的电压输入，当引脚电压高于VDD_FT 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。尽管有这样的保护，并不意味着STM32 的引脚能直接外接大功率驱动器件，如直接驱动电机，强制驱动要么电机不转，要么导致芯片烧坏，必须要加大功率及隔离电路驱动。具体电压、电流范围可查阅《STM32F4xx 规格书》。上拉、下拉电阻，从它的结构我们可以看出，通过上、下拉对应的开关配置，我们可以控制引脚默认状态的电压，开启上拉的时候引脚电压为高电平，开启下拉的时候引脚电压为低电平，这样可以消除引脚不定状态的影响。如引脚外部没有外接器件，或者外部的器件不干扰该引脚电压时，STM32 的引脚都会有这个默认状态。也可以设置“既不上拉也不下拉模式”，我们也把这种状态称为浮空模式，配置成这个模式时，直接用电压表测量其引脚电压为1 点几伏，这是个不确定值。所以一般来说我们都会选择给引脚设置“上拉模式”或“下拉模式”使它有默认状态。 STM32 的内部上拉是“弱上拉”，即通过此上拉输出的电流是很弱的，如要求大电流还是需要外部上拉。通过“上拉/下拉寄存器GPIOx_PUPDR”控制引脚的上、下拉以及浮空模式。 2. P-MOS 管和N-MOS 管 GPIO 引脚线路经过上、下拉电阻结构后，向上流向“输入模式”结构，向下流向“输出模式”结构。先看输出模式部分，线路经过一个由P-MOS 和N-MOS 管组成的单元电路。这个结构使GPIO 具有了“推挽输出”和“开漏输出”两种模式。所谓的推挽输出模式，是根据这两个MOS 管的工作方式来命名的。在该结构中输入高电平时，上方的P-MOS 导通，下方的N-MOS 关闭，对外输出高电平；而在该结构中输入低电平时，N-MOS 管导通，P-MOS 关闭，对外输出低电平。当引脚高低电平切换时，两个管子轮流导通，一个负责灌电流，一个负责拉电流，使其负载能力和开关速度都比普通的方式有很大的提高。推挽输出的低电平为0 伏，高电平为3.3 伏，参考图 7-2 左侧，它是推挽输出模式时的等效电路。而在开漏输出模式时，上方的P-MOS 管完全不工作。如果我们控制输出为0，低电平，则P-MOS 管关闭，N-MOS 管导通，使输出接地，若控制输出为1 (它无法直接输出高电平)时，则P-MOS 管和N-MOS 管都关闭，所以引脚既不输出高电平，也不输出低电平，为高阻态。为正常使用时必须接上拉电阻(可用STM32 的内部上拉，但建议在STM32 外部再接一个上拉电阻)，参考图 7-2 中的右侧等效电路。它具“线与”特性，也就是说，若有很多个开漏模式引脚连接到一起时，只有当所有引脚都输出高阻态，才由上拉电阻提供高电平，此高电平的电压为外部上拉电阻所接的电源的电压。若其中一个引脚为低电平，那线路就相当于短路接地，使得整条线路都为低电平，0 伏。推挽输出模式一般应用在输出电平为0 和3.3 伏而且需要高速切换开关状态的场合。在STM32 的应用中，除了必须用开漏模式的场合，我们都习惯使用推挽输出模式。开漏输出一般应用在I2C、SMBUS 通讯等需要“线与”功能的总线电路中。除此之外，还用在电平不匹配的场合，如需要输出5 伏的高电平，就可以在外部接一个上拉电阻，上拉电源为5 伏，并且把GPIO 设置为开漏模式，当输出高阻态时，由上拉电阻和电源向外输出5 伏的电平。通过 “输出类型寄存器GPIOx_OTYPER”可以控制GPIO 端口是推挽模式还是开漏模式。 3. 输出数据寄存器前面提到的双MOS 管结构电路的输入信号，是由GPIO“输出数据寄存器GPIOx_ODR”提供的，因此我们通过修改输出数据寄存器的值就可以修改GPIO 引脚的输出电平。而“置位/复位寄存器GPIOx_BSRR”可以通过修改输出数据寄存器的值从而影响电路的输出。 4. 复用功能输出 “复用功能输出”中的“复用”是指STM32 的其它片上外设对GPIO 引脚进行控制，此时GPIO 引脚用作该外设功能的一部分，算是第二用途。从其它外设引出来的“复用功能输出信号”与GPIO 本身的数据据寄存器都连接到双MOS 管结构的输入中，通过图中的梯形结构作为开关切换选择。例如我们使用USART 串口通讯时，需要用到某个GPIO 引脚作为通讯发送引脚，这个时候就可以把该GPIO 引脚配置成USART 串口复用功能，由串口外设控制该引脚，发送数据。 5. 输入数据寄存器看GPIO 结构框图的上半部分，它是GPIO 引脚经过上、下拉电阻后引入的，它连接到施密特触发器，信号经过触发器后，模拟信号转化为0、1 的数字信号，然后存储在“输入数据寄存器GPIOx_IDR”中，通过读取该寄存器就可以了解GPIO 引脚的电平状态。 6. 复用功能输入与“复用功能输出”模式类似，在“复用功能输出模式”时，GPIO 引脚的信号传输到STM32 其它片上外设，由该外设读取引脚状态。同样，如我们使用USART 串口通讯时，需要用到某个GPIO 引脚作为通讯接收引脚，这个时候就可以把该GPIO 引脚配置成USART 串口复用功能，使USART 可以通过该通讯引脚的接收远端数据。 7. 模拟输入输出当GPIO 引脚用于ADC 采集电压的输入通道时，用作“模拟输入”功能，此时信号是不经过施密特触发器的，因为经过施密特触发器后信号只有0、1 两种状态，所以ADC 外设要采集到原始的模拟信号，信号源输入必须在施密特触发器之前。类似地，当GPIO 引脚用于DAC 作为模拟电压输出通道时，此时作为“模拟输出”功能，DAC 的模拟信号输出就不经过双MOS 管结构了，在GPIO 结构框图的右下角处，模拟信号直接输出到引脚。同时，当GPIO 用于模拟功能时(包括输入输出)，引脚的上、下拉电阻是不起作用的，这个时候即使在寄存器配置了上拉或下拉模式，也不会影响到模拟信号的输入输出。三、GPIO工作模式 1. 输入模式(上拉/下拉/浮空) 在输入模式时，施密特触发器打开，输出被禁止。数据寄存器每隔1 个AHB1 时钟周期更新一次，可通过输入数据寄存器GPIOx_IDR 读取I/O 状态。其中AHB1 的时钟如按默认配置一般为180MHz。用于输入模式时，可设置为上拉、下拉或浮空模式。 2. 输出模式(推挽/开漏，上拉/下拉) 在输出模式中，输出使能，推挽模式时双MOS 管以方式工作，输出数据寄存器GPIOx_ODR 可控制I/O 输出高低电平。开漏模式时，只有N-MOS 管工作，输出数据寄存器可控制I/O 输出高阻态或低电平。输出速度可配置，有2MHz25MHz50MHz100MHz 的选项。此处的输出速度即I/O 支持的高低电平状态最高切换频率，支持的频率越高，功耗越大，如果功耗要求不严格，把速度设置成最大即可。此时施密特触发器是打开的，即输入可用，通过输入数据寄存器GPIOx_IDR 可读取I/O 的实际状态。用于输出模式时，可使用上拉、下拉模式或浮空模式。但此时由于输出模式时引脚电平会受到ODR 寄存器影响，而ODR 寄存器对应引脚的位为0，即引脚初始化后默认输出低电平，所以在这种情况下，上拉只起到小幅提高输出电流能力，但不会影响引脚的默认状态（弱上拉）。 3. 复用功能(推挽/开漏，上拉/下拉) 复用功能模式中，输出使能，输出速度可配置，可工作在开漏及推挽模式，但是输出信号源于其它外设，输出数据寄存器GPIOx_ODR 无效；输入可用，通过输入数据寄存器可获取I/O 实际状态，但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号。用于复用功能时，可使用上拉、下拉模式或浮空模式。同输出模式，在这种情况下，初始化后引脚默认输出低电平，上拉只起到小幅提高输出电流能力，但不会影响引脚的默认状态（弱上拉）。 4. 模拟输入输出模拟输入输出模式中，双MOS 管结构被关闭，施密特触发器停用，上/下拉也被禁止。其它外设通过模拟通道进行输入输出。通过对GPIO 寄存器写入不同的参数，就可以改变GPIO 的应用模式，再强调一下，要了解具体寄存器时一定要查阅《STM32F4xx 参考手册》中对应外设的寄存器说明。在GPIO 外设中，通过设置“模式寄存器GPIOx_MODER”可配置GPIO 的输入/输出/复用/模拟模式，“输出类型寄存器GPIOx_OTYPER”配置推挽/开漏模式，配置“输出速度寄存器GPIOx_OSPEEDR”可选2/25/50/100MHz 输出速度，“上/下拉寄存器GPIOx_PUPDR”可配置上拉/下拉/浮空模式，各寄存器的具体参数值见表 7-1。注意：在模拟配置中，I/O 引脚不能为 5 V 容忍。图 23 说明了 I/O 端口位的高阻态模拟输入配置。

2021-11-10 10:10:46 评论举报李艳