STM32的8種GPIO輸入輸出模式詳細分析

ID:286222 · 發(fā)表于 2018-2-28 11:34

STM32的8種GPIO輸入輸出模式詳細分析

詳細介紹了stm32的GPIO的輸入輸出各種參數(shù)，具有很高的參考價值

浮空,顧名思義就是浮在空中,上面用繩子一拉就上去了,下面用繩子一拉就沉下去了.
開漏,就等于輸出口接了個 NPN 三極管,并且只接了 e,b.  c 極  是開路的,你可以接一個電阻到 3.3V,也可以接一個電阻到 5V,這樣,在輸出 1 的時候,就可以是5V 電壓,也可以是 3.3V 電壓了.但是不接電阻上拉的時候,這個輸出高就不能實現(xiàn)了.
推挽,就是有推有拉,任何時候 IO 口的電平都是確定的,不需要外接上拉或者下拉電阻.

（1）GPIO_Mode_AIN  模擬輸入
（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING  浮空輸入
（3）GPIO_Mode_IPD  下拉輸入
（4）GPIO_Mode_IPU  上拉輸入
（5）GPIO_Mode_Out_OD  開漏輸出
（6）GPIO_Mode_Out_PP  推挽輸出
（7）GPIO_Mode_AF_OD  復(fù)用開漏輸出
（8）GPIO_Mode_AF_PP  復(fù)用推挽輸出

推挽電路是兩個參數(shù)相同的三極管或 MOSFET,以推挽方式存在于電路中,各負責正負半周的波形放大任務(wù),電路工作時，兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有一個導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小、效率高。輸出既可以向負載灌電流，也可以從負載抽取電流。推拉式輸出級既提高電路的負載能力，又提高開關(guān)速度。

開漏輸出:輸出端相當于三極管的集電極.  要得到高電平狀態(tài)需要上拉電阻才行.  適合于做電流型的驅(qū)動,其吸收電流的能力相對強(一般20ma以內(nèi)). 開漏形式的電路有以下幾個特點：
1.  利用外部電路的驅(qū)動能力，減少 IC內(nèi)部的驅(qū)動。當 IC內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通時，驅(qū)動電流是從外部的 VCC 流經(jīng) R  pull-up  ，MOSFET 到 GND。IC 內(nèi)部僅需很下的柵極驅(qū)動電流。
2.  一般來說，開漏是用來連接不同電平的器件，匹配電平用的，因為開漏引腳不連接外部的上拉電阻時，只能輸出低電平，如果需要同時具備輸出高電平的功能，則需要接上拉電阻，很好的一個優(yōu)點是通過改變上拉電源的電壓，便可以改變傳輸電平。比如加上上拉電阻就可以提供 TTL/CMOS 電平輸出等。（上拉電阻的阻值決定了邏輯電平轉(zhuǎn)換的沿的速度  。阻值越大，速度越低功耗越小，所以負載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。）
3.  OPEN-DRAIN 提供了靈活的輸出方式，但是也有其弱點，就是帶來上升沿的延時。因為上升沿是通過外接上拉無源電阻對負載充電，所以當電阻選擇小時延
時就小，但功耗大；反之延時大功耗小。所以如果對延時有要求，則建議用下降沿輸出。
4.  可以將多個開漏輸出的 Pin，連接到一條線上。通過一只上拉電阻，在不增加任何器件的情況下，形成“與邏輯”關(guān)系。這也是 I2C，SMBus 等總線判斷總線占用狀態(tài)的原理。補充：什么是“線與”？：在一個結(jié) 點 ( 線 ) 上 ,  連接一個上拉電阻到電源  VCC  或  VDD  和  n  個  NPN  或  NMOS  晶體管的集電極  C  或漏極  D,  這些晶體管的發(fā)射極  E  或源極  S  都接到地線上,  只要有一個晶體管飽和,  這個結(jié)點(線)就被拉到地線電平上.  因為這些晶體管的基極注入電流(NPN)或柵極加上高電平(NMOS),晶體管就會飽和,  所以這些基極或柵極對這個結(jié)點(線)的關(guān)系是或非  NOR  邏輯.  如果這個結(jié)點后面加一個反相器,  就是或  OR  邏輯. 其實可以簡單的理解為：在所有引腳連在一起時，外接一上拉電阻，如果有一個引腳輸出為邏輯 0，相當于接地，與之并聯(lián)的回路“相當于被一根導(dǎo)線短路”，所以外電路邏輯電平便為 0，只有都為高電平時，與的結(jié)果才為邏輯 1。

由于浮空輸入一般多用于外部按鍵輸入，結(jié)合圖上的輸入部分電路，我理解為浮空輸入狀態(tài)下，IO的電平狀態(tài)是不確定的，完全由外部輸入決定，如果在該引腳懸空的情況下，讀取該端口的電平是不確定的。上拉輸入/下拉輸入/模擬輸入：這幾個概念很好理解，從字面便能輕易讀懂。復(fù)用開漏輸出、復(fù)用推挽輸出：可以理解為 GPIO 口被用作第二功能時的配置情況（即并非作為通用 IO口使用）
最后總結(jié)下使用情況：
在STM32 中選用IO模式
（1）  浮空輸入_IN_FLOATING  ——浮空輸入，可以做 KEY識別，RX1
（2）帶上拉輸入_IPU——IO內(nèi)部上拉電阻輸入
（3）帶下拉輸入_IPD——  IO內(nèi)部下拉電阻輸入
（4）  模擬輸入_AIN  ——應(yīng)用ADC模擬輸入，或者低功耗下省電
（5）開漏輸出_OUT_OD  ——IO輸出0接GND，IO輸出1，懸空，需要外接上拉電阻，才能實現(xiàn)輸出高電平。當輸出為 1時，IO 口的狀態(tài)由上拉電阻拉高電平，但由于是開漏輸出模式，這樣 IO 口也就可以由外部電路改變?yōu)榈碗娖交虿蛔儭？梢宰xIO輸入電平變化，實現(xiàn) C51的IO雙向功能
（6）推挽輸出_OUT_PP  ——IO 輸出 0-接 GND，  IO 輸出 1  -接 VCC，讀輸入值是未知的
（7）復(fù)用功能的推挽輸出_AF_PP  ——片內(nèi)外設(shè)功能（I2C的SCL,SDA）
（8）復(fù)用功能的開漏輸出_AF_OD——片內(nèi)外設(shè)功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）
STM32設(shè)置實例：
（1）模擬I2C使用開漏輸出_OUT_OD，接上拉電阻，能夠正確輸出 0和1；讀值時先 GPIO_SetBits(GPIOB,  GPIO_Pin_0)；拉高，然后可以讀 IO 的值；使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0)；
（2）如果是無上拉電阻，IO默認是高電平；需要讀取 IO的值，可以使用帶上拉輸入_IPU 和浮空輸入_IN_FLOATING和開漏輸出_OUT_OD；

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