GPIO工作原理（stm32F10x）

GPIO -- General Purpose Input Output （通用輸入/輸出）簡稱為GPIO， GPIO在每一款單片機中的地位都是至關重要的。 下面說一下它的工作原理。 我用的是MINISTM32F103RCT6這款單片機。

1.1 GPIO工作方式

工作方式：（4輸入、4輸出），三種最大翻轉速度 

3種最大翻轉速度

2MHz

10MHz

50MHz

4種輸入方式：

1， 輸入浮空模式：CPU可以讀輸入資料寄存器裡面的資料。輸入電平經過TTL施密特觸發器到輸入資料寄存器，

這時上拉下拉電阻都是沒接通的。

2， 輸入上拉模式：和輸入浮空差不多， 唯一的差別就是電平輸入的時候加了一個上拉電阻。

3， 輸入下拉模式：電平輸入的時候加了一個下拉電阻。

4， 模拟模式：TTL施密特觸發器是截止的（ 前面三個都是接通的）， 注意此刻輸入量并不是高低電平， 

而是0-3V電壓； 并且上拉下拉電阻都是沒有接通的。

注意：輸入模式資料都是輸入到輸入資料寄存器中， 然後CPU直接讀輸入資料寄存器中。

ps：上圖是盜的。。。

4種輸出方式：

1， 開漏輸出模式：輸出電平通過 位設定/清除寄存器 映射到 輸出資料寄存器 然後通過輸出控制電路， 如果輸出的是1（高電平）那麼N-MOS管是關閉的， 實際輸出電平是由I/O外部的上拉/下拉電阻控制的。 并且此時CPU可以讀輸出的電平， 但是因為輸出1的時候實際輸出電平是由I/O口外部上拉/下拉決定的， 是以此時讀入的可能不是1。 但是如果輸出的是0那麼N-MOS管是開啟的，此時電平被拉到VSS， 此時I/O口輸出的也就是低電平； 并且可以通過CPU輸入資料寄存器來讀取。

2， 開漏複用輸出模式：與開漏輸出模式唯一的差別就是來源， 開漏複用輸出模式的電平來源是來自于片上外設子產品。

3， 推挽輸出模式：與開漏輸出模式前面都是一樣的， 但是當輸出1時， N-MOS管是關閉的，P-MOS管開啟； 是以輸出為1.

當輸出為0時， P-MOS管關閉， N-MOS管開啟； 輸出為0；

4， 複用推挽輸出模式：與推挽輸出模式的唯一差別就是來源， 複用推挽輸出模式的來源是片上外設子產品。

學習的時候可以将第一種輸出模式和第二種輸出模式放一塊， 第三種輸出模式和第四種輸出模式放一塊。

上電複位後， GPIO預設為浮空狀态，部分特殊功能引腳為特定狀态。

複位後， JTAG引腳被置于輸入上拉或者下拉模式：

PA15：JTDI置于上拉模式

PA14：JTCK置于下拉模式

PA13：JTMS置于上拉模式

PB4：JNTRST置于上拉模式

推挽輸出和開漏輸出差別：

推挽輸出：

可以輸出強高低電平，連接配接數字器件 

開漏輸出：

隻可以輸出強低電平，高電平得靠外部電阻拉高。輸出端相當于三極管的集電極. 要得到高電平狀态需要上拉電阻才行. 适合于做電流型的驅動,其吸收電流的能力相對強(一般20ma以内)

1.2GPIO端口寄存器包括

兩個32位配置寄存器（GPIOx_CRL, GPIOx_CRH）

兩個32位資料寄存器（GPIOx_IDR和GPIOx_ODR）

一個32位置位/複位寄存器（GPIOx_BRR）

一個16位複位寄存器（GPIOx_BSRR）

一個32位鎖定寄存器（GPIOx_LCKR）, (不常用)

每個I/O端口可以自由程式設計， 然而I/O端口寄存器必須按32位字被通路（不允許半字或位元組通路）。

1.2.1端口配置高/低寄存器（GPIOx_CRH, GPIOx_CRL）

stm32 GPIO_CRH是32位的寄存器， 但是配置每一個I/O口需要4位，也就是一個寄存器可以控制8個I/O口， 但是每一組I/O有16位是以需要兩個32位寄存器（還有GPIO_CRL）, CRH控制高16位， CRL控制低16位寄存器。

每個I/O由4位決定其是 輸入還是輸出 并且是什麼模式。 将這4位分為兩組：CNFy[1:0] 和 MOEDy[1:0]

MODEy[1:0]

00：輸入模式（複位後的狀态）

01：輸出模式（最大速度10MHz）

10：輸出模式（最大速度2MHz）

11：輸出模式（最大資料50MHz）

CNFy[1:0]：

在輸入模式

00：模拟輸入模式

01：浮空輸入模式

10：上拉/下拉輸入模式

11：保留

在輸出模式

00：通用推挽輸出模式

01：通用開漏輸出模式

10：複用功能推挽輸出模式

11：複用功能開漏輸出模式

1.2.3端口輸入資料寄存器（GPIOx_IDR）

高16位保留， 低16位每一位控制一個I/O口。如果為 1 就是高電平， 為 0 就是低電平。

1.2.4端口輸出資料寄存器（GPIO_ODR）

與IDR寄存器對應（相反）， 高16位保留， 低16位每一位控制一個I/O口。如果為 1 就是輸出高電平， 為 0 就是輸出低電平。但是ODR寄存器還有一個作用：就是在輸入模式下設定到底是上拉還是下拉。前面的CRH/CRL寄存器中當MODEy為 00 時（即輸入模式）， CNFy為 10 （即上拉/下拉輸入模式）時，由

ODR确定到底是上拉還是下拉。将對應的ODR寄存器的位設定為 1 代表上拉， 設定為 0 代表下拉。

1.2.5端口位設定/清除寄存器（GPIOx_BSRR）

它是一個 32 位寄存器， 如果使用它的低 16 位（BSy）， 那麼每一位的含義為：

0：對對應的ODRy位不産生影響。

1：設定對應的ODRy位為1.

也就是說這個寄存器是用來控制ODR寄存器的， 如果低 16 位某些位為 1， 就是說ODRy寄存器對應的也為 1。但是為 0 時不産生影響， 但是如果是ODR寄存器設定為 0 那麼就會輸出低電平。這有什麼好處呢？ 在實時系統中， 如果要設定ODR寄存器， 首先要讀入ODR寄存器的值， 然後賦一個值，然後達到控制電平的目的， 如果隻是要設定高電平的話， 如果是使用BSRR寄存器就可以直接指派為 1 了， 這樣就簡單了很多 ^_^。

如果使用的是高 16 位（BRy）的話， 那麼每一位含義：

0：對對應的ODRy位不産生影響。

1：清除對應的ODRy位為0。 也就是輸出低電平

這樣一來就可以設定整個的ODR寄存器的， 如果要輸出高電平控制（BSy）， 如果要輸出低電平控制（BRy） ^-^

注意：如果同時設定了BSy和BRy的對應位， BSy位起作用。

1.2.6端口位清除寄存器（GPIOx_BRR）

BRR寄存器其實作用和BSRR的高 16 位作用是一緻的。

是以通常BSRR寄存器用低 16 位， 然後用BRR寄存器來實作BSRR高 16 位的功能。

stm32引腳功能說明

stm32大部分端口都具有複用功能， 也就是說可以作為通用I/O還可以作為一些外設接口。

複用作用：最大限度的利用端口資源。

重映射功能：将某些端口的功能映射到其他端口。

所有I/O口都可以作為中斷輸入。像51隻能有兩個I/O可作為中斷輸入。-_-