STM32學習筆記2-GPIO的輸出模式

?GPIO

GPIO：通用輸入輸出口；可配置8種輸入輸出模式

引腳電平：0V-3.3V，部分引腳可容忍5V也可認為高電平，但是對于輸出而言，最大就只能輸出3.3V，因為供電就只有3.3V，

能容忍5v的在以下的引腳定義下，I/O電平含FT的可以

輸出模式下可控制端口輸出高低電平，用以驅動LED、控制蜂鳴器、模擬通信協議輸出時序等

輸入模式下可讀取端口的高低電平或電壓，用于讀取按鍵輸入（最常用）、外接模塊電平信號輸入、ADC電壓采集、模擬通信協議接收數據等

GPIO的基本結構：GPIO掛載在APB2上的

總共有16個引腳，一般稱為PA0~PA15

GPIO分為不同的模塊：用GPIOA、GPIOB來表示，主要包含了寄存器（是一段特殊的存儲器，內核可以通過APB2總線對寄存器進行讀寫，從而完成對于的輸入輸出功能）和驅動器。

在模塊內每一個位對于一個引腳，其中輸出寄存器寫1，對于的引腳就會輸出高電平，寫0就輸出低電平，輸入同理。

STM32為32位的寄存器，但是模塊中的端口只有16位，所有這個寄存器只有低16位的端口

GPIO的電路圖：

輸入部分

引腳部分

這接入了兩個保護二極管，目的是保護電路的：

? 上面的二極管接VDD，3.3V：如果輸入電壓比3.3V還要高，則上方會被導通，輸入電壓產生的電流會流入VDD，從而保護電路；

下面的二極管接VSS，0V：同理；

補：VDD：代表總正極，常用于現代電子
? ? ? ? VCC：代表總正極，常用于三極管等
? ? ? ? VSS：代表總負極，在MOS管電路中更常用。
? ? ? ? GND：所有電路的公共回路

如果電流在0-3.3V中則兩邊都不接通，正常流入到電路中來

這里連接一個上拉電阻（連至VDD）和下拉電阻（連至VSS），這個開關是可以通過程序進行配置的：如果上面導通，下面斷開，就是上拉輸入模式（高電平模式），反之；如果兩個都斷開則為浮空模式；如果兩者都接入，并不會同時生效，相互存在互斥，為了防止電源短路風險。

作用：為了給輸入提供一個默認的輸入電平，因為當輸入電平時沒有讓引腳的輸入為低電平或者是高電平時，電路也不知道它是什么狀態，則會被其他外界的環境所干擾；目的是不影響正常的輸入操作。

補：電路：由電子元器件（電阻、電容、晶體管等）和導線組成的閉合路徑，用于傳輸電能或處理電信號
? ? ? ? 電壓：電勢差（單位：伏特?V），表示電場中兩點之間的能量差，驅動電流流動。
? ? ? ? 電平：表示數字信號的狀態（高電平或低電平），通常對應特定的電壓范圍。
????????電流：電荷的定向流動（單位：安培?A），由電壓驅動。
? ? ? ? 電平信號：用電壓表示的離散信號，通常用于數字通信。
電壓是電流的原因，電流是電壓的結果。
電壓是“推力”，電流是“流量”。
開路（斷路）時：電壓可以存在（如電池兩極），但電流為零。短路時：電流可以很大，但電壓可能接近零。
1.在電源（如電池）內部，化學反應將正電荷推到正極（+），負電荷推到負極（-），從而在兩極之間建立一個靜電場。
2.沒有閉合回路，電子無法流動
斷路：斷路是指電路中的某處斷開，導致電流無法流通，但電源電壓仍然存在。
短路：短路是指電路中兩點之間出現極低電阻（接近0Ω）的連接，導致電流極大，電壓驟降。

肖特基（施密特）觸發器：

對輸入電壓進行整形：如果是輸入電壓大于某一個閾值，輸出就會瞬間變為高電平，反之；

例如：通常的引腳輸入的模擬信號為波形模擬信號：

會通過施密特觸發器對信號進行整形，中間留有流動范圍，可以有效地避免因信號波動造成的是輸出抖動現象

之后就可以通過輸入寄存器輸入數據了，我們再用程序去讀取輸入數據寄存器對于某一位的數據，就可以知道端口的輸入電平；

是連接片上外設的一些端口：

模擬輸入：連至ADC(模擬到數字轉換器)，因為它需要接受模擬數據量，所以接入在觸發器之前的

復用功能輸入：連接到其他需要讀取端口的外設上的

輸出部分

數字部分可以由輸出寄存器和片上外設控制，兩者方式通過數據選擇器接到輸出控制部分；

輸出寄存器：

為普通IO輸出，寫數據寄存器的某一位就可操作對于的某個端口；同時控制低16位端口，并且只能整體讀寫，

????????所以如果想控制一個端口而不影響其他端口的話，需要特殊操作：

????????????????????????1.先讀出這個寄存器，然后按位與&=和按位或|=的方式更改某一位。最后將更改的數據寫回去；

????????????????????????2. （主要）設置位設置/清楚寄存器（可以單獨拿操作輸出數據寄存器的某一位，而不影響其他位），在位設置寄存器上的對于的位上修改為1即可，不修改的位置寫0。如果想對一位進行清0的操作，在位清除寄存器上對應位寫1即可；

????????????????????????3.讀寫STM32的位帶區域（這段地址映射了RAM和外設寄存器所有的位）；

兩個Mos管，上面是P-MOS，下面N-MOS

MOS管就是一種電子開關，信號來控制開關的導通或關閉，開關負責將IO口接到VDD或者VSS。

推挽、開漏、關閉三種輸出方式：

1.推挽

P-MOS和N-MOS均有效，數據寄存器為1時，上管導通，下官斷開，輸出直接接到VDD，輸出高電平，反之；這種模式，高低電平均有較強的驅動能力，所以推挽模式也叫強輸出模式。在此模式下STM32對IO口有著絕對的控制權。

2.開漏

P-MOS無效，N-MOS有效，數據寄存器為1時，下官斷開，這是輸出相當于斷開，屬于高阻模式；為0時，則是輸出低電平；這種模式下只有低電平有驅動能力，作為通訊協議的模式。同時還可以用于輸出5V電平信號

3.關閉

P-MOS和N-MOS均無效：當引腳配置為輸入模式的時候，端口的電平由外部設備進行控制；

GPIO的8種工作模式：通過配置端口的配置寄存器

1.

電路結構基本一樣，區別在與上拉電阻和下拉電阻的連接。在浮空輸入模式下，端口一定要接一個連續的驅動源，從而不出現浮空的狀態。

VDD 3.3V端口和VDD_FT 容忍5V端口

2.

ADC模數轉換器的專屬：

只有這個模式會關閉數字的輸入功能

3.

區別是在高電平下的狀態

可以發現輸出情況下，輸入是存在的，因為一個端口只有一個輸出，可以有多個輸入

4.

更多內容參考STM32F10xxx參考手冊（中文）-第8章

GPIO的寄存器

每個端口的模式由4位進行配置

由端口配置低寄存器和端口配置高寄存器，具體配置在參考手冊中

端口輸入數據寄存器：，只用低16位

端口輸出數據寄存器，同理

端口位設置/清除寄存器

端口位清除寄存器：為了與端口位設置/清除寄存器進行區別，此寄存器只進行位清除

端口位設置/清除寄存器，對端口的配置進行鎖定，防止被更改

GPIO的外部設備和電路

LED和蜂鳴器：

LED：

發光二級管，正向通電點亮，反向通電不亮，長腳為正極，內部里較小的是正極。

STM32的GPIO口驅動LED的電路

低電平驅動的電路

LED正極接入3.3V，負極通過一個限流電阻接到PA0上，當PA0輸出低電平時，LED兩端會產生電壓差就會形成正向導通的電流，這樣LED就點亮了。當PA0輸出高電平時，因為LED兩端都是3.3V電壓，不會形成電流；限流電阻：防止LED電流過大而燒毀和調整LED的亮度；
補：此時的電壓差解釋：本質電壓差：電路中兩點之間的電壓之差（即電勢差）；當PA0為低電平時，電壓差=V正極??V負極?=3.3V?0V=3.3V（不考慮電阻），故燈亮；當PA0為高電平時，電壓差=V正極??V負極?=3.3V?3.3V=0V，故燈滅

高電平驅動的電路

LED負極接入GND，正極通過一個限流電阻接到PA0上，反之；

至于這兩種接入的選擇，需靠考慮輸入輸出的驅動器，正如我們的STM32的GPIO的推挽模式下，低電平和高電平都具有較高的驅動能力，所以都可以使用，而對單片機或部分芯片中，都使用了高電平弱驅動，低電平高驅動的方法。

有源蜂鳴器：

內部自帶振蕩源，將正負極接上直流電壓即可持續發聲，頻率固定。

電路中用了個三極管開關進行驅動，在VCC和GND上分別接上正負極的供電，中間的引腳2接入低電平，蜂鳴器就會響，高電平停止。

無源蜂鳴器：內部不帶振蕩源，需要控制器提供振蕩脈沖才可發聲，調整提供振蕩脈沖的頻率，可發出不同頻率的聲音

三極管可防止IO驅動使STM32負擔過重：左邊的是基極，帶箭頭的是發射極，剩下的是集電極

PNP三極管的驅動電路

電流方向：電流從發射極（E）流向集電極（C），基極（B）控制導通

基極給低電平，三極管則會導通，通過3.3V和GND可以給蜂鳴器提供驅動電流

基極給高電平，三極管停止，蜂鳴器沒有電流

NPN三極管的驅動電路

電流方向：電流從集電極（C）流向發射極（E），基極（B）控制導通。

驅動邏輯與上分之

注：PNP的三極管最好接在上邊，NPN的三極管最好接在下邊：“上邊”通常指靠近電源（VCC）的一側，“下邊”指靠近地（GND）的一側。

??? 因為三級管的通斷，是需要在發射極和基極產生一定的開啟電壓

面包板

當把元件的引腳插入面包板的孔里后，面包板內部的金屬爪就會夾住引腳。

如果需要供電，就從上下的孔位，用跳線引出來即可；

如果中間部分的面包板，沒有連接需要用跳線進行連接

點亮LED電路

操作GPIO，需要使用三個步驟：

使用RCC開啟GPIO的時鐘
使用GPIO_Init函數初始化GPIO
使用輸出或輸入的函數控制GPIO口

從庫函數中找到RCC和GPIO兩個外設相關的函數庫：

stm32f10x_rcc和stm32f10x_gpio，通過查看其頭文件。來找到我們需要的庫函數stm32f10x_rcc：void RCC_AHBPeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHBPeriph, FunctionalState NewState);//RCC AHB外設時鐘控制void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState); //RCC APB2外設時鐘控制void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState); //RCC APB1外設時鐘控制

跳到對應的函數里，查看調用信息：

注釋上有對此函數的相關說明，以及相關參數：

stm32f10x_gpio.h：

void GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef* GPIOx); //所指定的GPIO外設就會被復位void GPIO_AFIODeInit(void); //可以復位AFIO外設void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);//用結構體的參數來初始化GPIO口，需要手動配置一個結構體變量并賦值。void GPIO_StructInit(GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);? //把結構體變量賦值為一個默認值//以下四個為GPIO的讀取函數uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);//以下四個為GPIO的寫入函數：void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);? //可以指定的端口設置為高電平void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin); ?//可以指定的端口設置為低電平void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);? //根據三個參數的值，來設定此端口的電平void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);? ?//可以同時對16個端口進行寫入操作

接線圖：

LED閃爍

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
int main(void){RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//定義結構體變量GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//對其成員工作模式進行配置：推挽模式//GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_OD;//開漏輸出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;//GPIO的引腳位置配置為我們接入的A0引腳GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//默認為50mhzGPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//注意此函數調用的是結構體指針，所以使用此函數時需要傳遞地址//輸出函數//GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);//向PA0輸出低電壓，燈亮(默認是低電平)GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);//反之//GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_0, Bit_SET);//實現LED閃爍,新建System文件夾，相關配置之后，引入延時文件Delaywhile(1){//GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);//Delay_ms(500);//GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);//Delay_ms(500);}
}

LED流水燈

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
int main(void){RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0 |GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2 |GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4 |GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6 |GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_All;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);while(1){/*使用GPIO_Write，同時設置GPIOA所有引腳的高低電平，實現LED流水燈,Write直接寫入OCD寄存器中*/GPIO_Write(GPIOA, ~0x0001);	//0000 0000 0000 0001，PA0引腳為低電平，其他引腳均為高電平，注意數據有按位取反Delay_ms(100);				//延時100msGPIO_Write(GPIOA, ~0x0002);	//0000 0000 0000 0010，PA1引腳為低電平，其他引腳均為高電平Delay_ms(100);				//延時100msGPIO_Write(GPIOA, ~0x0004);	//0000 0000 0000 0100，PA2引腳為低電平，其他引腳均為高電平Delay_ms(100);				//延時100msGPIO_Write(GPIOA, ~0x0008);	//0000 0000 0000 1000，PA3引腳為低電平，其他引腳均為高電平Delay_ms(100);				//延時100msGPIO_Write(GPIOA, ~0x0010);	//0000 0000 0001 0000，PA4引腳為低電平，其他引腳均為高電平Delay_ms(100);				//延時100msGPIO_Write(GPIOA, ~0x0020);	//0000 0000 0010 0000，PA5引腳為低電平，其他引腳均為高電平Delay_ms(100);				//延時100msGPIO_Write(GPIOA, ~0x0040);	//0000 0000 0100 0000，PA6引腳為低電平，其他引腳均為高電平Delay_ms(100);				//延時100msGPIO_Write(GPIOA, ~0x0080);	//0000 0000 1000 0000，PA7引腳為低電平，其他引腳均為高電平Delay_ms(100);				//延時100ms}
}

蜂鳴器

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
int main(void){RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0 |GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2 |GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4 |GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6 |GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);while(1){GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);Delay_ms(100);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);Delay_ms(100);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);Delay_ms(100);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);Delay_ms(700);}
}