STM32開(kāi)發(fā)板例程講解之二：GPIO的描述和配置

首先介紹stm32的GPIO，這是入門的起點(diǎn)，也是最容易上手的部分。

一、GPIO的綜合描述

stm32每一個(gè)GPIO端口擁有2個(gè)32bits的configuration寄存器（GPIOx_CRL，GPIOx_CRH），2個(gè)32bits的數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR，GPIOx_ODR)，1個(gè)32bits的set/reset寄存器(GPIOx_BSRR)，1個(gè)16bits的reset寄存器(GPIOx_BRR)和1個(gè)32bits的Lock寄存器(GPIOx_LCKR)。

（一）每一個(gè)IO引腳都可以使用軟件配置為以下幾種模式：

1.浮空輸入
2.帶上拉輸入
3.帶下拉輸入
4.模擬輸入
5.開(kāi)漏輸出——(此模式可實(shí)現(xiàn)hotpower說(shuō)的真雙向IO)
6.推挽輸出
7.復(fù)用功能的推挽輸出
8.復(fù)用功能的開(kāi)漏輸出
模式7和模式8需根據(jù)具體的復(fù)用功能決定。

每一個(gè)IO引腳都可以單獨(dú)編程，但是每一個(gè)IO寄存器只能32bits訪問(wèn)（半字或者字節(jié)訪問(wèn)都被禁止）。

（二）專門的寄存器(GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR)實(shí)現(xiàn)對(duì)GPIO口的原子操作，即回避了設(shè)置或清除I/O端口時(shí)的“讀-修改-寫”操作，使得設(shè)置或清除I/O端口的操作不會(huì)被中斷處理打斷而造成誤動(dòng)作。

（三）每個(gè)GPIO口都可以作為外部中斷的輸入，便于系統(tǒng)靈活設(shè)計(jì)。

（四）I/O口的輸出模式下，有3種輸出速度可選(2MHz、10MHz和50MHz)，這有利于噪聲控制。

（五）所有I/O口兼容CMOS和TTL，多數(shù)I/O口兼容5V電平。

（六）大電流驅(qū)動(dòng)能力：GPIO口在高低電平分別為0.4V和VDD-0.4V時(shí)，可以提供或吸收8mA電流；如果把輸入輸出電平分別放寬到1.3V和VDD-1.3V時(shí)，可以提供或吸收20mA電流。

（七）具有獨(dú)立的喚醒I/O口。

（八）很多I/O口的復(fù)用功能可以重新映射。

（九）GPIO口的配置具有上鎖功能，當(dāng)配置好GPIO口后，可以通過(guò)程序鎖住配置組合，直到下次芯片復(fù)位才能解鎖。此功能非常有利于在程序跑飛的情況下保護(hù)系統(tǒng)中其他的設(shè)備，不會(huì)因?yàn)槟承㊣/O口的配置被改變而損壞——如一個(gè)輸入口變成輸出口并輸出電流。

二、GPIO的結(jié)構(gòu)

三、GPIO的配置

（一）GPIO模式選擇和速度匹配

（1） 浮空輸入_IN_FLOATING ——浮空輸入，可以做KEY識(shí)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(kāi)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(shí)現(xiàn)輸出高電平。當(dāng)輸出為1時(shí)，IO口的狀態(tài)由上拉電阻拉高電平，但由于是開(kāi)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(shí)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（I 2C的SCL,SDA）

（8）復(fù)用功能的開(kāi)漏輸出_AF_OD——片內(nèi)外設(shè)功能（TX1,MOSI,MISO.SCK）

GPIO輸出的速度匹配：

GPIO_Speed_10MHz 最高輸出速率10MHz

GPIO_Speed_2MHz 最高輸出速率2MHz

GPIO_Speed_50MHz 最高輸出速率50MHz

I/O口的輸出模式下，有3種輸出速度可選(2MHz、10MHz和50MHz)，這個(gè)速度是指I/O口驅(qū)動(dòng)電路的響應(yīng)速度而不是輸出信號(hào)的速度，輸出信號(hào)的速度與程序有關(guān)（芯片內(nèi)部在I/O口的輸出部分安排了多個(gè)不同響應(yīng)速度的輸出驅(qū)動(dòng)電路，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路）。通過(guò)選擇速度來(lái)選擇不同的輸出驅(qū)動(dòng)模塊，達(dá)到最佳的噪聲控制和降低功耗的目的。高頻的驅(qū)動(dòng)電路，噪聲也高，當(dāng)不需要高的輸出頻率時(shí)，請(qǐng)選用低頻驅(qū)動(dòng)電路，這樣非常有利于提高系統(tǒng)的EMI性能。當(dāng)然如果要輸出較高頻率的信號(hào)，但卻選用了較低頻率的驅(qū)動(dòng)模塊，很可能會(huì)得到失真的輸出信號(hào)。

有一點(diǎn)是關(guān)鍵，即GPIO的引腳速度跟應(yīng)用匹配（推薦10倍以上）。比如：
1）對(duì)于串口，假如最大波特率只需115.2k，那么用2M的GPIO的引腳速度就夠了，既省電也噪聲小。
2）對(duì)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的引腳速度或許不夠，這時(shí)可以選用10M的GPIO引腳速度。
3）對(duì)于SPI接口，假如使用18M或9M波特率，用10M的GPIO的引腳速度顯然不夠了，需要選用50M的GPIO的引腳速度。

（二）在STM32中如何配置片內(nèi)外設(shè)使用的IO端口

①配置輸入的時(shí)鐘；②初始化后即被激活(開(kāi)啟)；③如果使用該外設(shè)的輸入輸出管腳，則需要配置相應(yīng)的GPIO端口（否則該外設(shè)對(duì)應(yīng)的輸入輸出管腳可以做普通GPIO管腳使用）；④再對(duì)外設(shè)進(jìn)行詳細(xì)配置。

對(duì)應(yīng)到外設(shè)的輸入輸出功能有下述三種情況：
①外設(shè)對(duì)應(yīng)的管腳為輸出：需要根據(jù)外圍電路的配置選擇對(duì)應(yīng)的管腳為復(fù)用功能的推挽輸出或復(fù)用功能的開(kāi)漏輸出。
②外設(shè)對(duì)應(yīng)的管腳為輸入：則根據(jù)外圍電路的配置可以選擇浮空輸入、帶上拉輸入或帶下拉輸入。
③ADC對(duì)應(yīng)的管腳：配置管腳為模擬輸入。

如果把端口配置成復(fù)用輸出功能，則引腳和輸出寄存器斷開(kāi)，并和片上外設(shè)的輸出信號(hào)連接。將管腳配置成復(fù)用輸出功能后，如果外設(shè)沒(méi)有被激活，那么它的輸出將不確定。

（三）通用IO端口（GPIO）初始化：

1、RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|B|C,ENABLE)：使能APB2總線外設(shè)時(shí)鐘；
2、RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|B|C,DISABLE)：釋放GPIO復(fù)位；

3、配置各個(gè)PIN端口（模擬輸入_AIN、輸入浮空_IN_FLOATING、輸入上拉_IPU、輸入下拉_IPD、開(kāi)漏輸出_OUT_OD、推挽式輸出_OUT_PP、推挽式復(fù)用輸出_AF_PP、開(kāi)漏復(fù)用輸出_AF_OD）和匹配速度。
4、GPIO初始化完成

四、GPIO實(shí)例

#include "stm32f10x.h"

#include "stm32_eval.h"

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

void RCC_Configuration(void);

void Delay(__IO uint32_t nCount);

int main(void)

{

RCC_Configuration();

#if 0

// 配置所有未使用GPIO引腳為輸入模式（浮空輸入），這樣可以降低功耗，并且提高器件的抗EMI/EMC 的性能

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB |

RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOD |

RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

//armfly ：注釋掉的原因是當(dāng)代碼在外部存儲(chǔ)器運(yùn)行時(shí)，GPIOD,E,F,G部分IO用于FSMC，因此對(duì)這些IO不能重置，否則導(dǎo)致取指異常

// GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);

// GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB |

RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOD |

RCC_APB2Periph_GPIOE, DISABLE);

#ifdef USE_STM3210E_EVAL

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_GPIOG, ENABLE);

// armfly ：由于代碼在外部SRAM運(yùn)行時(shí)，GPIOD,E,F,G部分IO用于FSMC，

因此對(duì)這些IO不能重置，否則導(dǎo)致取指異常

//GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);

//GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_GPIOG, DISABLE);

#endif

#endif

// 初始化STM3210X-EVAL板上的4個(gè)LED，即初始化LED對(duì)應(yīng)的IO引腳

STM_EVAL_LEDInit(LED1);

STM_EVAL_LEDInit(LED2);

STM_EVAL_LEDInit(LED3);

STM_EVAL_LEDInit(LED4);

while (1)

{

STM_EVAL_LEDOn(LED1);

// 原始值 = 0xAFFFF，但是當(dāng)代碼在外部RAM運(yùn)行時(shí)，效率很低，會(huì)延遲10秒以上，而到代碼在內(nèi)部RAM或內(nèi)部Flash執(zhí)行時(shí)，速度很快，小于100ms

Delay(0xAFFFF);

// Turn on LD2 and LD3

STM_EVAL_LEDOn(LED2);

STM_EVAL_LEDOn(LED3);

// Turn off LD1

STM_EVAL_LEDOff(LED1);

// Insert delay

Delay(0xAFFFF);

// Turn on LD4

STM_EVAL_LEDOn(LED4);

//Turn off LD2 and LD3

STM_EVAL_LEDOff(LED2);

STM_EVAL_LEDOff(LED3);

//Insert delay

Delay(0xAFFFF);

//Turn off LD4

STM_EVAL_LEDOff(LED4);

}

}

void RCC_Configuration(void)

{

// 建立MCU系統(tǒng)，初始化嵌入式FLASH接口，初始化鎖相環(huán)（附注1）和系統(tǒng)頻率參數(shù)

SystemInit();

}

void Delay(__IO uint32_t nCount)

{

for(; nCount != 0; nCount--);

}

#ifdefUSE_FULL_ASSERT

// @briefReports the name of the source file and the source line number

//where the assert_param error has occurred.

//@paramfile: pointer to the source file name

// @paramline: assert_param error line source number

// @retval None

void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line)

{

// User can add his own implementation to report the file name and line number,

ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d", file, line)

//Infinite loop

while (1)

{

}

}

#endif