stm32 GPIO分析讲解

什么是GPIO
GPIO(General Purpose Input& Output)是通用目的的输入/输出，是微控制器中最简单也是最常用到的外设，一般来说，由于资源有限，其他的外设往往要与GPIO端口复用芯片的引脚。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。STM32 芯片的 GPIO被分成很多组，每组有 16 个引脚。一般来说最多拥有7组，GPIOA、GPIOB、…、GPIOG，7组端口。可以根据每个GPIO的端口的不同可以设置成不同的工作模式。

GPIO框图
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。

保护二极管：我们可以从名字上可以看出这个是作用于保护的二极管。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。

上下拉电阻：在名字上可以知道就是将输入信号拉高或者拉低的电阻。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。也可以“即不上拉也不下拉”也就是浮空状态。

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。GPIO 引脚线路经过两个保护二极管后，向上流向“输入模式”结构，向下流向“输出模式”结构。

1）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，经过反向后，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，经过反向后，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，P 管负责灌电流，N 管负责拉电流，使其负载能力和开关速度都比普通的方式有很大的提高。

2）开漏输出模式：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。为正常使用时必须外部接上拉电阻，参考图开漏电路 中等效电路。它具有“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。

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。

GPIO工作模式

1）浮空输入模式：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。

2）上拉输入模式：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：与上拉输入模式原理相同，不过是信号流入下拉电阻。

4）模拟输入模式：模拟输入模式下，I/O端口的模拟信号直接模拟输入到片上外设模块。例如：ADC等

5）开漏与推挽输出模式：上面大致已讲解其工作模式。

6）复用开漏输出模式：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。

7）复用推挽输出模式：与复用开漏输出模式原理大致相同。

配置：
配置上主要是void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)，来配置其IO模式，IO口，IO口传输速度。其结构体

GPIO_Pin：选择IO口引脚
GPIO_Speed：选择IO口传输速度
GPIO_Mode：选择IO模式；

例：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_8;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

值得注意的是我们选择相对应的IO口的时候要打开与之相对应的时钟：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);