STM32f10xxx 之 GPIO口配置

背景

配置stm32f103使其完成PWM輸出的過程中，在配置GPIO口的時候，按照習(xí)慣配置GPIO口的speed為50MHZ，突然就意識到，為什么大部分例程習(xí)慣配置為50MHZ，而不是其它值，即有了此文章。

正文

先說說GPIO口speed的問題，這個一般是用來定義GPIO口上升沿或者下降沿的時間，頻率越高，上升沿下降沿時間越短，但是其噪音也就越大，因此，如果沒有特別的需求，該值應(yīng)該不要配置太高。在技術(shù)手冊里，其給了3個速度選擇，庫函數(shù)的相應(yīng)表現(xiàn)形式如下：

/**

* @brief Output Maximum frequency selection

*/typedef enum{

GPIO_Speed_10MHz = 1,

GPIO_Speed_2MHz,

GPIO_Speed_50MHz

}GPIOSpeed_TypeDef;

50MHZ，意味著GPIO口理論上1s可以翻轉(zhuǎn)50兆次，即1微妙翻轉(zhuǎn)50次，PWM應(yīng)該不需要如此高的頻率，所以，本次PWM的GPIO口速度配置為10MHZ。

再來說說GPIO口其他配置，庫函數(shù)GPIO口配置的函數(shù)為：

/**

* @brief Initializes the GPIOx peripheral according to the specified

* parameters in the GPIO_InitStruct.

* @param GPIOx: where x can be (A..G) to select the GPIO peripheral.

* @param GPIO_InitStruct: pointer to a GPIO_InitTypeDef structure that

* contains the configuration information for the specified GPIO peripheral.

* @retval None

*/void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct){ // ... 詳細(xì)內(nèi)容省略}

首先傳入的第一個參數(shù)，勿用多說，即是配置哪一組GPIO口。

詳細(xì)說說第二個參數(shù)，其主要形式表現(xiàn)為：

typedef struct{ uint16_t GPIO_Pin;

GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;

GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;

}GPIO_InitTypeDef;

GPIO_Pin很好理解，配置該組IO口的具體哪一個GPIO，該值可用或的形式，例如：

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;

該配置代表配置該GPIO口的pin0/1/2/3腳。

GPIO_Speed前文已述。

GPIO_Mode則是代表該GPIO口工作在哪種工作模式下，配置的值如下：

/**

* @brief Configuration Mode enumeration

*/typedef enum{ GPIO_Mode_AIN = 0x0, // 模擬輸入

GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04, // 輸入浮空

GPIO_Mode_IPD = 0x28, // 輸入下拉

GPIO_Mode_IPU = 0x48, // 輸入上拉

GPIO_Mode_Out_OD = 0x14, // 開漏輸出

GPIO_Mode_Out_PP = 0x10, // 推挽輸出

GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C, // 第二功能開漏輸出

GPIO_Mode_AF_PP = 0x18 // 第二功能推挽輸出}GPIOMode_TypeDef;

首先說說數(shù)字輸入，其有三種狀態(tài)：輸入浮空/輸入下拉/輸入上拉，IO口配置為輸入時，port口工作原理圖如下：

如上圖所示，當(dāng)GPIO口配置為數(shù)字輸入時，輸出功能被禁能了。

“輸入上拉”：GPIO口透過內(nèi)部的上拉電阻連接到VDD，此時，GPIO口的狀態(tài)為高電平，當(dāng)GPIO口連接到button時，button另一端接地。button閉合時，GPIO口被拉至低電平，CPU即可判別button按下。在實際使用的情況來看，內(nèi)部弱上拉，信號總是沒有外部上拉來的穩(wěn)定，特別在上電即需要檢測IO狀態(tài)的情況，并且基本上內(nèi)部弱上拉只適合檢測button這種不嚴(yán)格的電平狀況，所以如果有條件外接上拉電阻的話，還是不要配置為弱上拉。

“輸入下拉”：很好解釋了，GPIO口透過下拉電阻直接接地，此時GPIO口狀態(tài)為低電平，若用來檢測button，button的另一端不再接地，而是接到VCC，此處得十分注意灌電流，以免燒壞MCU。

“輸入浮空”：則是即不配置為輸入上拉，也不配置為輸入下拉。即IO口處于電平不穩(wěn)定狀態(tài)，若是GPIO口閑置未使用，推薦將其配置為輸入上拉或者輸入下拉，以免干擾正常程序的進(jìn)行。輸入浮空狀態(tài)通常配合外接上拉或者外接下拉使用。

接著說數(shù)字輸出，其也有兩種狀態(tài)：開漏輸出/推挽輸出，IO口配置為輸出時，port口工作原理圖如下：

“開漏輸出”：P-MOS管是被禁止的，當(dāng)向OUTPut寄存器寫入“0”的時候，N-MOS管直接導(dǎo)通，將IO口接地，當(dāng)寫入“1”的時候，IO口處于高阻態(tài)狀態(tài)。這種情況一般用于外部自帶驅(qū)動的情況。

“推挽輸出”：當(dāng)向OUTPut寄存器寫入“0”時，N-MOS管直接導(dǎo)通，將IO口接地，當(dāng)寫入“1”時，P-MOS管，導(dǎo)通，GPIO口直接接入VDD，此時向外輸出高電平，但驅(qū)動能力一般都很弱，還得考慮灌電流的大小，若是需要驅(qū)動大功率器件，外部一般還會增加外放驅(qū)動電路。

第二功能輸出狀態(tài)：什么是第二功能，即有些IO口存在復(fù)用的情況，復(fù)用的功能即被稱作第二功能，輸出配置如上所示，當(dāng)IO口被配置為輸出時，其輸入被默認(rèn)配置為輸入浮空狀態(tài)，以I2C為例，I2C從機(jī)，不僅僅要檢測SDA的狀態(tài)收取數(shù)據(jù)，還要可以輸出狀態(tài)發(fā)送數(shù)據(jù)，所以第二功能基本上配置為輸出，使其即可輸入檢測，也可輸出，輸出方式如何配置視具體情況而言，勿用多言。

最后，模擬輸入，其port口工作原理圖如下：

被配置為模擬輸入后，輸入檢測的施密特觸發(fā)器和輸出部分全部關(guān)閉了。輸入的值直接接入對應(yīng)的模擬檢測外設(shè)，譬如ADC。

說了這么多，接下來以配置TIM2輸出PWM的GPIO口配置為例：

TIM2_CH1在“PA0”口，首先使能GPIO A的時鐘，

RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );

接著配置IO為復(fù)用推挽輸出，輸出速率選擇10MHZ，

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 ; // PA0：A口的第0個引腳GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 復(fù)用推挽輸出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; // 翻轉(zhuǎn)頻率10MHzGPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure);

GPIO如此配置，然后配置定時器(不再詳述)，最后在PA0即可輸出PWM波形了。

至此，記錄完畢。

參考鏈接

Electrical ENGINEERING 論壇的一篇文章 STM32 Understanding GPIO Settings。