1. STM32實物圖:
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201801/374607.htm
2. STM32引腳分布圖:
STM32F103ZET6:共144個引腳,7組IO口,每組16個IO口
7*16=112個IO口(這7組IO口分別為GPIOA,GPIOB…GPIOG)
例如:PGIOA包含PA0,PA1,PA2…PA15,每組16個IO口
二,IO口的基本結構和工作方式
1. STM32F1系列IO口的基本結構()IO口內部電路結構)
右側I/O引腳部分為晶片暴露在外部的引腳
每個引腳在數據手冊都有說明是否支持(識別))5V電壓
三,PGIO的8種工作方式
4種輸入模式
輸入浮空
輸入上拉
輸入下拉
模擬輸入
4種輸出模式
開漏輸出
開漏復用功能
推輓輸出
推挽復用功能
可配置3種最大翻轉速度
2MHz
10MHz
50MHz
四,八種工作方式講解
1,GPIO輸入工作模式1-輸入浮空模式
1)外部通過IO口輸入電平,外部電平通過上下拉部分(浮空模式下都關閉,既無上拉也無下拉電阻)
2)傳輸到施密特觸發器(此時施密特觸發器為打開狀態)
3)繼續傳輸到輸入數據寄存器IDR
4)CPU通過讀輸入數據寄存器IDR實現讀取外部輸入電平值
在輸入浮空模式下可以讀取外部輸入電平
2,GPIO輸入工作模式2-輸入上拉模式
和輸入浮空模式相比較,不同之處在於內部有一個上拉電阻連接到VDD(輸入上拉模式下,上拉電阻開關接通,阻值約30-50K)
外部輸入通過上拉電阻,施密特觸發器存入輸入數據寄存器IDR,被CPU讀取
3,GPIO輸入工作模式3-輸入下拉模式
和輸入浮空模式相比較,不同之處在於內部有一個下拉電阻連接到VSS(輸入下拉模式下,下拉電阻開關接通,阻值約30-50K)
外部輸入通過下拉電阻,施密特觸發器存入輸入數據寄存器IDR,被CPU讀取
4,GPIO輸入工作模式4-輸入模擬模式
上拉和下拉部分均為關閉狀態(AD轉換-模擬量轉換為數字量)
施密特觸發器為截止狀態
通過模擬輸入通道輸入到CPU
IO口外部電壓為模擬量(電壓形式非電平形式),作為模擬輸入範圍一般為0~3.3V
5,GPIO輸出工作模式1-開漏輸出模式
1,CPU寫入位設置/清楚寄存器BSRR,映射到輸出數據寄存器ODR
2,聯通到輸出控制電路(也就是ODR的電平)
3,ODR電平通過輸出控制電路進入N-MOS管
-ODR輸出1:
N-MOS截止,IO埠電平不會由ODR輸出決定,而由外部上拉/下拉決定
在輸出狀態下,輸出的電平可以被讀取,數據存入輸入數據寄存器,由CPU讀取,實現CPU讀取輸出電平
所以,當N-MOS截止時,如果讀取到輸出電平為1,不一定是我們輸出的1,有可能是外部上拉產生的1
-ODR輸出0:
N-MOS開啟,IO埠電平被N-MOS管拉倒VSS,使IO輸出低電平
此時輸出的低電平同樣可以被CPU讀取到
6,GPIO輸出工作模式2-開漏復用輸出模式
與開漏輸出模式唯一的區別在於輸出控制電路之前電平的來源
開漏輸出模式的輸出電平是由CPU寫入輸出數據寄存器控制的
開漏推輓輸出模式的輸出電平是由復用功能外設輸出決定的
其他與開漏輸出模式相似:
控制電路輸出為1:N-MOS截止,IO口電平由外部上拉/下拉決定
控制電路輸出為0:N-MOS開啟,IO口輸出低電平
7,GPIO輸出工作模式3-推輓輸出模式
與開漏輸出相比較:
輸出控制寄存器部分相同
輸出驅動器部分加入了P-MOS管部分
當輸出控制電路輸出1時:
P-MOS管導通N-MOS管截止,被上拉到高電平,IO口輸出為高電平1
當輸出控制電路輸出0時:
P-MOS管截止N-MOS管導通,被下拉到低電平,IO口輸出為低電平0
同時IO口輸出的電平可以通過輸入電路讀取
8,GPIO輸出工作模式4-復用推輓輸出模式
與推輓輸出模式唯一的區別在於輸出控制電路之前電平的來源
開漏輸出模式的輸出電平是由CPU寫入輸出數據寄存器控制的
開漏推輓輸出模式的輸出電平是由復用功能外設輸出決定的
9,推輓輸出和開漏輸出的區別:
推輓輸出:
可以輸出強高/強低電平,可以連接數字器件
開漏輸出:
只能輸出強低電平(高電平需要依靠外部上拉電子拉高),適合做電流型驅動,吸收電流能力較強(20ma之內)
五,STM32-IO口相關寄存器
每組GPIO包含系列7個寄存器(7組GPIO共包含7*7=49個寄存器)
兩個32位配置寄存器
GPIOx_CRL 低16位
GPIOx_CRH 高16位
兩個32位數據寄存器
GPIOx_IDR 輸入數據寄存器
GPIOx_ODR 輸出數據寄存器
一個32位置位/復位寄存器
GPIOx_BSRR
一個16位復位寄存器
GPIOx_BRR
一個32位鎖定寄存器
GPIOx_LCKR
六,STM32-IO口相關寄存器講解
1,埠配置寄存器:
STM32每組GPIO位16個IO口,每4位控制一個IO口,所以32位控制8個IO口
分為低16位:GPIOx_CRL和高16位:GPIOx_CRH共32位控制一組GPIO的16個IO口
如圖:以埠配置寄存器低16位為例,每四位控制一個IO口(高16位同理)
MODEx的2位 : 配置IO口輸出/輸出模式(1種輸出+3種不同速度的輸出模式)
CNFx的2位 : 配置IO口輸入/輸出狀態下(由MODEx控制)的輸入/輸出模式
以GPIOA_CRL為例,配置IO口PA0 -> MODE0=00(輸入模式) CNF0=10(上拉/下拉輸入模式)
此種配置下到底是上拉還是下拉輸入模式還需由ODR寄存器決定
關於上拉/下拉的控制我們將在下面-數據寄存器-中介紹ODR輸出寄存器時詳細說明
2,數據寄存器(以輸入數據寄存器GPIOx_IDR為例)
每一組IO口都具有一個GPIOx_IDR的32位寄存器(實際只使用低16位,高16位保留),即16位控制16個IO口,每一位控制一個
如圖：IDR寄存器共32位,0~15位代表一組IO口16個IO當前值
這裡我們已經了解了輸入/輸出數據寄存器,現在說下上面提到的問題:
當IO口配置為輸入模式且配置為上拉/下拉輸入模式(即MODEx=00 CNFx=10時),ODR決定到底是上拉還是下拉
1)當輸出模式時,ODR為輸出數據寄存器
2)當輸入模式時,ODR用作區分當前位輸入模式到底是上拉輸入(ODRx=0)還是下拉輸入(ODRx=1)
3,埠位設置/清除寄存器(GPIOx_BSRR)
BSRR寄存器作用:
BSRR寄存器為32位寄存器,低16位BSx為設置為(1設置0不變),高16位BRx為重置位(1:清除0:不變)
當然,最終的目的還是通過BSRR間接設置ODR寄存器,改變IO口電平
4,埠位清除寄存器(GPIOx_BRR)
GPIOx_BRR寄存器作用同GPIOx_BSRR寄存器高16位
一般我們使用BSRR低16位和BRR的低16位(STM32F4系列取消了BSRR的高16位)
5,鎖存寄存器:使用較少暫不分析
七,埠的復用和重映射
1,埠的復用：
大部分IO口可復用為外部功能引腳,參考晶片數據手冊(IO口復用和重映射)
例如:STM32F103ZET6的PA9和PA10引腳可復用為串口發送和接收功能引腳,也可復用為定時器1的通道2和通道3
埠復用的作用：最大限度的利用埠資源
2,埠的重映射：
串口1默認引腳是PA9,PA10可以通過配置重映射映射到PB6,PB7
埠重映射的作用：方便布線
3,STM32所有的IO口都可作為中斷輸入(51單片機只有2個埠可以作為外部中斷輸入)