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HAL库编程点灯篇https://blog.csdn.net/oHaoEr/article/details/122999523

一 GPIO简介

1.1 概述

GPIO(通用输入输出端口)即芯片的IO管脚，STM32F103系列中不同产品有不同数量的IO管脚。

下图是其中一个IO管脚的示意图。图中绿色部分即表示芯片的引脚，图中的黄色部分为芯片的钳位保护电路。

1.2 钳位保护电路

钳位电路是指利用二极管正向导通压降相对稳定，且数值较小(有时可近似为零)的特点，来限制IO管脚的电位范围。当该点电压超过VDD+0.7V时，上面的二极管导通；而当该点电压小于VSS-0.7V时，下面的二极管导通。

该电路使得单片机引脚的输入电压限制（钳位）于-0.7V~5.7V之间。

当管脚输入电压高于VDD

这里的VDD指的是单片机的供电电压3.6V或者5V。STM32单片机的引脚可以作为输入，接收外界的电压输入。当出现输入电压高于单片机的内部允许的电压时会烧毁单片机，为此ST公司为了保护芯片在内部设计了钳位电路，即在引脚的供电电压和引脚之间添加了一个二极管。

该钳位电路工作原理如下：

由于二极管的导通电压是+0.7V，当输入引脚与VDD间的电压差即Vpin-VDD>0.7V时，二极管导通形成通路，如下图所示。

当管脚输入电压低于Vss

这里的Vss一般指接地。STM32单片机的引脚可以作为输入，接收外界的电压输入。当出现输入电压高于单片机的内部允许的电压时会烧毁单片机，为此ST公司为了保护芯片在内部设计了钳位电路，即在引脚的供电电压和引脚之间添加了一个二极管。

该钳位电路工作原理如下：

由于二极管的导通电压是0.7V，当输入引脚与Vss间的电压差即Vss-Vpin>0.7V时，即外界输入负电压信号，二极管导通形成通路，如下图所示。

1.3 GPIO工作模式

STM32F103XX产品单片机的IO引脚工作模式可划分为二类八种。分别是4种输入模式和4种输出模式。

引脚状态	工作模式
输入模式	模拟输入
	浮动输入
	上拉输入
	下拉输入
输出模式	推挽输出
	开漏输出
	复用推挽输出
	复用开漏输出

二 GPIO输入模式

2.1 模拟输入模式

STM32F103XX工作在模拟输入模式时，输入链路中斯密斯缓冲器被关断，输出链路的输出控制器也被断开。模拟输入模式下，STM32单片机的IO引脚将外界输入信号直接传输给内置的ADC电路进行信号采样。

2.2 浮空输入模式

STM32F103XX工作在输入模式时，用于输出模式的缓冲器就会被禁用。下图中的施密特触发器可作为波形整形电路，能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形，而且由于施密特触发器具有滞回特性，所以抗干扰能力较强。

施密特触发器将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形。

浮空输入模式下，上拉电路与下拉电阻均断开，施密特触发器的输入信号完全取决于引脚的电压状态，施密特触发器将模拟信号波形整形方波波形，单片机按照APB2时钟频率对转化的数字信号进行采样存储于Input Data register寄存器中。

2.3 上拉输入模式

单片机配置成上拉模式后，芯片内部的施密特触发器接入，并将一电阻接入VDD与施密特触发器的输入端之间，如下图所示。

单片机配置成上拉模式后，分两种情况分析讨论：

当IO引脚没有输入时

由于VDD为芯片供电电压，此时施密特触发器输入电平为高电平，Input Data register寄存器经采样得到的信号为高电平。

当IO引脚接地即输入为低电平时

VDD的电流经上拉电阻，从图中可知，施密特触发器（TTL Schmitt trigger)的输入端与芯片引脚直接相连，当外部芯片引脚接地时，相应地施密特触发器（TTL Schmitt trigger)的输入端为低电平。

经上述分析可知，该输入模式可用于按键检测应用，即芯片引脚与按键相连接，按键此时接地，可输入低电平。

2.4 下拉输入模式

单片机配置成上拉模式后，芯片内部的施密特触发器接入，并将一电阻接入VSS与施密特触发器的输入端之间，如下图所示。

单片机配置成下拉模式后，分两种情况分析讨论：

当IO引脚没有输入时

由于Vss配置为地，此时施密特触发器输入电平为低电平，Input Data register寄存器经采样得到的信号为低电平。

当IO引脚输入为高电平时

从图中可知，施密特触发器（TTL Schmitt trigger)的输入端与芯片引脚直接相连，当外部芯片引脚接3V高电平时，相应施密特触发器（TTL Schmitt trigger)的输入端为高电平。

经上述分析可知，该输入模式可用于按键接高电平时的检测应用。

2.5 复用输入

STM32F103XX在使用片上外设如串口通信等，其信号流入下图所示。信号经芯片引脚进入斯密斯触发器整形后，直接流向对应的内部外设。

三 GPIO输出模式

3.1 推挽输出模式

单片机处于输出模式时，打开输出缓冲，同时输入模式中的斯密斯触发器也同时被激活。

单片机配置成推挽输出模式，当 Output Data register 的值为0时，N-MOS 导通，输出低电平。当 Output Data register 的值为1时，P-MOS 导通，输出高电平。

该模式可以输出0或1。

3.2 开漏输出模式

单片机配置成开漏模式时，电路原理图如下所示，此时需要在芯片引脚处外接工作电压5V作为上拉电压，当 Output Data register 的值为0时，N-MOS导通，输出0；当 Output Data register 的值为1时，芯片引脚为高阻态。

开漏输出特点：

1）开漏输出的这一特性可以实现"线与"功能，多个信号线直接连接在一起，只有当所有信号全部为高电平时，合在一起的总线为高电平；只要有任意一个或者多个信号为低电平，则总线为低电平。

2）用户可以根据项目需要设计不同的上拉电阻，调整上拉电压，调整输出电流增强芯片的驱动能力。

3.3 复用开漏输出模式

如下图所示，单片机的IO引脚供内核感知外界的电压，此时功能较为单一；片上集成的外设可通过IO引脚复用功能与IO引脚连接获取外界输入，再将处理后的数据交于内核处理。

单片机内部集成了诸如USART、CAN、SPI等外设，这些外设需要借用单片机的对外引脚，这一用法称为单片机引脚的复用功能，同一个引脚既可以单片机使用也可给片上外设使用。

单片机配置成复用模式时，此时的输入信号来自片上外设，同时输入线路中的斯密斯触发器也被激活，而输入链路中的上拉和下拉电阻禁用。

和3.1节、3.2节一样，在开漏模式下，单片机会读取 Input Data register的值获取IO引脚的状态；在推挽模式下，单片机会读取 Output Data register的值获取最后一次输出的值。

3.4 复用推挽输出模式

在推挽模式下，单片机会读取 Output Data register的值获取最后一次输出的值。

使用单片机中的USART时，芯片引脚可以配置成复用推挽输出模式，见下表。

四总结

经过上面学习可知，单片机的IO引脚可配置成二类八种模式，输入状态对应4种模式；输出状态下对应4种模式。具体应用中应当如何选取正确的配置呢？此时取决于具体应用情况，例如对于串口通信而言，当单片机的IO引脚作为USART的Tx(即发送引脚)时，此时该引脚应配置为复用推挽输出模式；而当单片机的IO引脚作为USART的Rx(即接收引脚)时，此时该引脚应配置为浮空输入或者上拉输入。

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零基础入门STM32编程——GPIO（五）

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一 GPIO简介

1.1 概述

1.2 钳位保护电路

1.3 GPIO工作模式

二 GPIO输入模式

2.1 模拟输入模式

2.2 浮空输入模式

2.3 上拉输入模式

2.4 下拉输入模式

2.5 复用输入

三 GPIO输出模式

3.1 推挽输出模式

3.2 开漏输出模式

3.3 复用开漏输出模式

3.4 复用推挽输出模式

四总结

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2.1 模拟输入模式

2.2 浮空输入模式

2.3 上拉输入模式

2.4 下拉输入模式

2.5 复用输入

三 GPIO输出模式

3.1 推挽输出模式

3.2 开漏输出模式

3.3 复用开漏输出模式

3.4 复用推挽输出模式

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