STM32 GPIO的原理、特性、选型和配置

STM32 GPIO的原理、特性、选型和配置

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/m0_38106923/article/details/103918647

STM32的GPIO（通用输入/输出端口）是微控制器中非常重要的外设之一，它不仅能够实现基本的输入输出功能，还支持多种模式和配置选项，以满足不同的应用场景需求。本文将详细介绍STM32 GPIO的基本结构、输入模式、输出模式以及如何进行选型和配置。

1. 基本结构

STM32的GPIO端口可以实现输入、输出、驱动、通信等多种功能。每个I/O端口位支持三种最大翻转速度（2MHz、10MHz、50MHz），并且可以自由编程。但是，I/O端口寄存器必须按32位字、半字（16位）或字节（8位）进行访问。

关键器件解析

• 保护二极管：防止I/O引脚外部过高或过低的电压输入。当引脚电压高于VDDIOx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。
• 开关：开关为TTL肖特基触发器，将模拟信号转化为0和1的数字信号。但当GPIO作为ADC采集电压通道时，此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。
• P-MOS、N-MOS：单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的功能。

2. 4种输入模式

STM32具有浮空输入、上拉输入、下拉输入和模拟输入4种输入模式。

• 浮空输入模式：I/O端口的电平信号由外部输入决定，电平状态不确定，最终直接进入输入数据寄存器。浮空输入通常用于配置USART的RX引脚。
• 上拉输入模式：I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，电平状态保持在高电平。当输入低电平时，电平状态是低电平，最终直接进入输入数据寄存器。
• 下拉输入模式：I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，电平状态保持在低电平。当输入高电平时，电平状态是高电平，最终直接进入输入数据寄存器。
• 模拟输入模式：I/O端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块，比如ADC模块等。模拟输入通常应用于ADC模拟输入，或者低功耗下省电等情景。

3. 4种输出模式

STM32有开漏输出、推挽输出、复用功能开漏输出和复用功能推挽输出4种输出模式。

• 开漏输出模式：通过配置置位/复位寄存器或者输出数据寄存器的值，途经N-MOS管，最终输出到I/O端口。开漏输出只可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高，输出端相当于三极管的集电极，适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)。
• 推挽输出模式：通过配置置位/复位寄存器或者输出数据寄存器的值，P-MOS管和N-MOS管，最终输出到I/O端口。推挽输出可以输出强高、低电平，连接数字器件。
• 复用功能开漏输出模式：原理和开漏输出模式基本一致，只不过输出的高低电平，不是由MCU配置置位/复位寄存器或者输出数据寄存器的值，而是利用片上外设模块的复用功能输出来决定的（通信接口（SPI，UART，I 2 C，USB，CAN，LCD等）、定时器、调试接口等复用）。复用功能开漏输出通常用于TX1、MOSI、MISO等引脚的配置。
• 复用功能推挽输出模式：原理和推挽输出模式基本一致，只不过输出的高低电平，不是由MCU配置置位/复位寄存器或者输出数据寄存器的值，而是利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。复用功能推挽输出通常用于I2C的SCL、SDA。

4. GPIO选型和配置

选择适合其应用开发的GPIO模式和配置需要考虑以下因素：

• 功能需求：根据具体的应用场景选择输入模式还是输出模式。
• 电平特性：考虑是否需要上拉或下拉功能。
• 速度要求：根据信号传输速度选择合适的翻转速度。
• 功耗考虑：在低功耗应用中，可能需要选择模拟输入模式。
• 复用功能：如果需要使用片上外设功能，应选择相应的复用功能模式。

通过以上分析，开发者可以根据具体的应用需求，合理选择和配置STM32的GPIO，以实现最佳的系统性能和功能。