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GPIO口超强总结

2019-07-13 21:00发布

操作步骤: 1. 使能GPIO对应的外设时钟 例如://使能GPIOA、GPIOB、GPIOC对应的外设时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOC , ENABLE); 2. 声明一个GPIO_InitStructure结构体 ​ 例如: GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 3. 选择待设置的GPIO管脚 例如://选择待设置的GPIO第7、8、9管脚位 ,中间加“|”符号 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9; 4. 设置选中GPIO管脚的速率 例如://设置选中GPIO管脚的速率为最高速率2MHz GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz; //最高速率2MHz 5. 设置选中GPIO管脚的模式 例如://设置选中GPIO管脚的模式为开漏输出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; //开漏输出模式 6. 根据GPIO_InitStructure中指定的参数初始化外设GPIOX 例如:  GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); 7.其他应用 例: 将端口GPIOA的第10、15脚置1(高电平)  GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_15); 例:将端口GPIOA的第10、15脚置0(低电平)  GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_15); GPIO寄存器: 寄存器    描述 CRL         端口配置低寄存器   CRH         端口配置高寄存器   IDR          端口输入数据寄存器   ODR        端口输出数据寄存器  BSRR       端口位设置/复位寄存器  BRR         端口位复位寄存器  LCKR       端口配置锁定寄存器   EVCR       事件控制寄存器   MAPR      复用重映射和调试  I/O           配置寄存器 EXTICR    外部中断线路0-15配置寄存器 GPIO库函数: 函数名                                              描述   GPIO_DeInit                        将外设GPIOx寄存器重设为缺省值 GPIO_AFIODeInit                将复用功能(重映射事件控制和EXTI设置)重设为缺省值  GPIO_Init                            根据GPIO_InitStruct中指定的参数初始化外设GPIOx寄存器 GPIO_StructInit                   把GPIO_InitStruct中的每一个参数按缺省值填入  GPIO_ReadInputDataBit     读取指定端口管脚的输入   GPIO_ReadInputData          读取指定的GPIO端口输入   GPIO_ReadOutputDataBit  读取指定端口管脚的输出   GPIO_ReadOutputData       读取指定的GPIO端口输出   GPIO_SetBits                       设置指定的数据端口位   GPIO_ResetBits                   清除指定的数据端口位   GPIO_WriteBit                     设置或者清除指定的数据端口位   GPIO_Write                         向指定GPIO数据端口写入数据   GPIO_PinLockConfig           锁定GPIO管脚设置寄存器   GPIO_EventOutputConfig    选择GPIO管脚用作事件输出   GPIO_EventOutputCmd       使能或者失能事件输出   GPIO_PinRemapConfig        改变指定管脚的映射   GPIO_EXTILineConfig           选择GPIO管脚用作外部中断线路 库函数: 函数GPIO_DeInit 功能描述:将外设GPIOx寄存器重设为缺省值 例: GPIO_DeInit(GPIOA); 函数GPIO_AFIODeInit 功能描述:将复用功能(重映射事件控制和EXTI设置)重设为缺省值 例: GPIO_AFIODeInit(); 函数GPIO_Init 功能描述:根据GPIO_InitStruct中指定的参数初始化外设GPIOx寄存器 例: GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All;   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);​     GPIO_InitTypeDef structure GPIO_InitTypeDef定义于文件“stm32f10x_gpio.h”:  typedef struct  {​ u16 GPIO_Pin; GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;   GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;   } GPIO_InitTypeDef; GPIO_Pin 该参数选择待设置的GPIO管脚,使用操作符“|”可以一次选中多个管脚。可以使用下表中的任意组合。  GPIO_Pin_None:   无管脚被选中   GPIO_Pin_x:          选中管脚x(0--15) GPIO_Pin_All:        选中全部管脚 GPIO_Speed  ​ GPIO_Speed: 用以设置选中管脚的速率。  GPIO_Speed_10MHz: 最高输出速率10MHz   GPIO_Speed_2MHz:  最高输出速率2MHz GPIO_Speed_50MHz: 最高输出速率50MHz GPIO_Mode GPIO_Mode: 用以设置选中管脚的工作状态。  GPIO_Mode_AIN:                  模拟输入 GPIO_Mode_IN_FLOATING: 浮空输入   GPIO_Mode_IPD:                  下拉输入 GPIO_Mode_IPU:                  上 拉输入   GPIO_Mode_Out_OD:           开漏输出   GPIO_Mode_Out_PP:             推挽输出   GPIO_Mode_AF_OD:            复用开漏输出   GPIO_Mode_AF_PP:             复用推挽输出 函数GPIO_StructInit 功能描述:把GPIO_InitStruct中的每一个参数按缺省值填入 例: GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;   GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);  GPIO_InitStruct: GPIO_Pin:GPIO_Pin_All   GPIO_Speed:GPIO_Speed_2MHz   GPIO_Mode:GPIO_Mode_IN_FLOATING 函数GPIO_ReadInputDataBit ​ 功能描述:读取指定端口管脚的输入  例: u8 ReadValue; ReadValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_7); 函数GPIO_ReadInputData 功能描述:读取指定的GPIO端口输入​ 例: u16 ReadValue; ReadValue = GPIO_ReadInputData(GPIOC); 函数GPIO_ReadOutputDataBit  功能描述:读取指定端口管脚的输出  例: u8 ReadValue; ReadValue = GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_7); 函数GPIO_ReadOutputData 功能描述:读取指定的GPIO端口输出  例: u16 ReadValue; ReadValue = GPIO_ReadOutputData(GPIOC); 函数GPIO_SetBits 功能描述:置位指定的数据端口位 例: 将端口GPIOA的第10、15脚置1(高电平)  GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_15); 函数GPIO_ResetBits 功能描述:清除指定的数据端口位 例:将端口GPIOA的第10、15脚置0(低电平) GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_15); 函数GPIO_WriteBit 功能描述:设置或者清除指定的数据端口位  例: GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_15, Bit_SET); 函数GPIO_Write 功能描述:向指定GPIO数据端口写入数据  例: GPIO_Write(GPIOA, 0x1101); 函数GPIO_PinLockConfig 功能描述:锁定GPIO管脚设置寄存器  例: GPIO_PinLockConfig(GPIOA, GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1); 函数GPIO_EventOutputConfig 功能描述:选择GPIO管脚用作事件输出 例: GPIO_EventOutputConfig(GPIO_PortSourceGPIOE, GPIO_PinSource5); GPIO_PortSource GPIO_PortSource用以选择用作事件输出的GPIO端口。 函数GPIO_EventOutputCmd 功能描述:使能或者失能事件输出 例: GPIO_EventOutputConfig(GPIO_PortSourceGPIOC, GPIO_PinSource6);   GPIO_EventOutputCmd(ENABLE); 函数GPIO_PinRemapConfig ​ 功能描述:改变指定管脚的映射 例: GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_I2C1, ENABLE); 一.GPIO概述 1、共有8种模式,可以通过编程选择: 1. 浮空输入       2. 带上拉输入      3. 带下拉输入      4. 模拟输入 5. 开漏输出——(此模式可实现hotpower说的真双向IO)       6. 推挽输出 7. 复用功能的推挽输出    8. 复用功能的开漏输出 模式7和模式8需根据具体的复用功能决定。       2、专门的寄存器(GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR)实现对GPIO口的原子操作,即回避了设置或清除I/O端口时的“读-修改-写”操作,使得设置或清除I/O端口的操作不会被中断处理打断而造成误动作。 3、每个GPIO口都可以作为外部中断的输入,便于系统灵活设计。 4、I/O口的输出模式下,有3种输出速度可选(2MHz、10MHz和50MHz),这有利于噪声控制。这个速度是指I/O口驱动电路的响应速度而不是输出信号的速度,输出信号的速度与程序有关(芯片内部在I/O口的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路,用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路)。通过选择速度来选择不同的输出驱动模块,达到最佳的噪声控制和降低功耗的目的。高频的驱动电路,噪声也高,当不需要高的输出频率时,请选用低频驱动电路,这样非常有利于提高系统的EMI性能。当然如果要输出较高频率的信号,但却选用了较低频率的驱动模块,很可能会得到失真的输出信号。       4.1各种接口的措施:              4.1.1对于串口,假如最大波特率只需115.2k,那么用2M的GPIO的引脚速度就够了,既省电也噪声小。       4.1.2对于I2C接口,假如使用400k波特率,若想把余量留大些,那么用2M的GPIO的引脚速度或许不够,这时可以选用10M的GPIO引脚速度。       4.1.3对于SPI接口,假如使用18M或9M波特率,用10M的GPIO的引脚速度显然不够了,需要选用50M的GPIO的引脚速度。     4.2 GPIO口设为输入时,输出驱动电路与端口是断开,所以输出速度配置无意义。        4.3 在复位期间和刚复位后,复用功能未开启,I/O端口被配置成浮空输入模式。       4.4 所有端口都有外部中断能力。为了使用外部中断线,端口必须配置成输入模式。       4.5 GPIO口的配置具有上锁功能,当配置好GPIO口后,可以通过程序锁住配置组合,直到下次芯片复位才能解锁。 5、所有I/O口兼容CMOS和TTL,多数I/O口兼容5V电平。 6、大电流驱动能力:GPIO口在高低电平分别为0.4V和VDD-0.4V时,可以提供或吸收8mA电流;如果把输入输出电平分别放宽到1.3V和VDD-1.3V时,可以提供或吸收20mA电流。 7、具有独立的唤醒I/O口。 8、很多I/O口的复用功能可以重新映射。 9、GPIO口的配置具有上锁功能,当配置好GPIO口后,可以通过程序锁住配置组合,直到下次芯片复位才能解锁。此功能非常有利于在程序跑飞的情况下保护系统中其他的设备,不会因为某些I/O口的配置被改变而损坏——如一个输入口变成输出口并输出电流。 二.推挽结构 一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止.要实现线与需要用OC(open collector)门电路 .如果输出级的有两个三极管,始终处于一个导通、一个截止的状态,也就是两个三级管推挽相连,这样的电路结构称为推拉式电路或图腾柱(Totem- pole)输出电路(可惜,图无法贴上)。当输出低电平时,也就是下级负载门输入低电平时,输出端的电流将是下级门灌入T4;当输出高电平时,也就是下级负载门输入高电平时,输出端的电流将是下级门从本级电源经 T3、D1 拉出。这样一来,输出高低电平时,T3 一路和 T4 一路将交替工作,从而减低了功耗,提高了每个管的承受能力。又由于不论走哪一路,管子导通电阻都很小,使RC常数很小,转变速度很快。因此,推拉式输出级既提高电路的负载能力,又提高开关速度。供你参考。 推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时,两只对称的功率开关管每次只有一个导通,所以导通损耗小效率高。 输出既可以向负载灌电流,也可以从负载抽取电流 三.开漏电路 在电路设计时我们常常遇到开漏(open drain)和开集(open collector)的概念。所谓开漏电路概念中提到的“漏”就是指MOSFET的漏极。同理,开集电路中的“集”就是指三极管的集电极。开漏电路就是指以MOSFET的漏极为输出的电路。一般的用法是会在漏极外部的电路添加上拉电阻。完整的开漏电路应该由开漏器件和开漏上拉电阻组成。 组成开漏形式的电路有以下几个特点: 1. 利用 外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时,驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up ,MOSFET到GND。IC内部仅需很下的栅极驱动电流。如图1。 2. 可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。形成 “与逻辑” 关系。如图1,当PIN_A、PIN_B、PIN_C任意一个变低后,开漏线上的逻辑就为0了。这也是I2C,SMBus等总线判断总线占用状态的原理。 3. 可以利用改变上拉电源的电压,改变传输电平。如图2, IC的逻辑电平由电源Vcc1决定,而输出高电平则由Vcc2决定。这样我们就可以用低电平逻辑控制输出高电平逻辑了。      4. 开漏Pin不连接外部的上拉电阻,则只能输出低电平(因此对于经典的51单片机的P0口而言,要想做输入输出功能必须加外部上拉电阻,否则无法输出高电平逻辑)。       5. 标准的开漏脚一般只有输出的能力。添加其它的判断电路,才能具备双向输入、输出的能力。 应用中需注意: 1.   开漏和开集的原理类似,在许多应用中我们利用开集电路代替开漏电路。例如,某输入Pin要求由开漏电路驱动。则我们常见的驱动方式是利用一个三极管组成开集电路来驱动它,即方便又节省成本。如图3。 2. 上拉电阻R pull-up的 阻值 决定了 逻辑电平转换的沿的速度 。阻值越大,速度越低功耗越小。反之亦然。 Push-Pull输出就是一般所说的推挽输出,在CMOS电路里面应该较CMOS输出更合适,应为在CMOS里面的push-pull输出能力不可能做得双极那么大。输出能力看IC内部输出极N管P管的面积。和开漏输出相比,push-pull的高低电平由IC的电源低定,不能简单的做逻辑操作等。 push-pull是现在CMOS电路里面用得最多的输出级设计方式。  at91rm9200 GPIO 模拟I2C接口时注意!! 四.OC、OD 集电极开路门(集电极开路 OC 或源极开路OD) open-drain是漏极开路输出的意思,相当于集电极开路(open-collector)输出,即ttl中的集电极开路(oc)输出。一般用于线或、线与,也有的用于电流驱动。 open-drain是对mos管而言,open-collector是对双极型管而言,在用法上没啥区别。 开漏形式的电路有以下几个特点: 1.利用外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动。 或驱动比芯片电源电压高的负载.      2. 可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。通过一只上拉电阻,在不增加任何器件的情况下,形成“与逻辑”关系。这也是I2C,SMBus等总线判断总线占用状态的原理。如果作为图腾输出必须接上拉电阻。接容性负载时,下降延是芯片内的晶体管,是有源驱动,速度较快;上升延是无源的外接电阻,速度慢。如果要求速度高电阻选择要小,功耗会大。所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。 3.可以利用改变上拉电源的电压,改变传输电平。例如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。 4.开漏Pin不连接外部的上拉电阻,则只能输出低电平。一般来说,开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的。 5.正常的CMOS输出级是上、下两个管子,把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了。这种输出的主要目的有两个:电平转换和线与。      6.由于漏级开路,所以后级电路必须接一上拉电阻,上拉电阻的电源电压就可以决定输出电平。这样你就可以进行任意电平的转换了。 7.线与功能主要用于有多个电路对同一信号进行拉低操作的场合,如果本电路不想拉低,就输出高电平,因为OPEN-DRAIN上面的管子被拿掉,高电平是靠外接的上拉电阻实现的。(而正常的CMOS输出级,如果出现一个输出为高另外一个为低时,等于电源短路。) 8.OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式,但是也有其弱点,就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电,所以当电阻选择小时延时就小,但功耗大;反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求,则建议用下降沿输出。 五.线或逻辑与线与逻辑 在一个结点(线)上, 连接一个上拉电阻到电源 VCC 或 VDD 和 n 个 NPN 或 NMOS 晶体管的集电极 C 或漏极 D, 这些晶体管的发射极 E 或源极 S 都接到地线上, 只要有一个晶体管饱和, 这个结点(线)就被拉到地线电平上. 因为这些晶体管的基极注入电流(NPN)或栅极加上高电平(NMOS), 晶体管就会饱和, 所以这些基极或栅极对这个结点(线)的关系是或非 NOR 逻辑. 如果这个结点后面加一个反相器, 就是或 OR 逻辑. 注:个人理解:线与,接上拉电阻至电源。(~A)&(~B)=~(A+B),由公式较容易理解线与此概念的由来 ; 如果用下拉电阻和 PNP 或 PMOS 管就可以构成与非 NAND 逻辑, 或用负逻辑关系转换与/或逻辑. 注:线或,接下拉电阻至地。(~A)+(~B)=~(AB); 这些晶体管常常是一些逻辑电路的集电极开路 OC 或源极开路 OD 输出端. 这种逻辑通常称为线与/线或逻辑, 当你看到一些芯片的 OC 或 OD 输出端连在一起, 而有一个上拉电阻时, 这就是线或/线与了, 但有时上拉电阻做在芯片的输入端内. 顺便提示如果不是 OC 或 OD 芯片的输出端是不可以连在一起的, 总线 BUS 上的双向输出端连在一起是有管理的, 同时只能有一个作输出, 而其他是高阻态只能输入