STM32 GPIO实现与外部通讯、控制以及数据采集方案介绍

GPIO是什么

GPIO是通用输入输出端口的简称，简单来说就是STM32可控制的引脚，STM32芯片的GPIO引脚与外部设备连接起来，从而实现与外部通讯、控制以及数据采集的功能。
STM32芯片的GPIO被分成很多组，每组有16个引脚，如型号为STM32F103ZET6型号的芯片有GPIOA、GPIOB、GPIOC至GPIOG共7组GPIO，芯片一共144个引脚，其中GPIO就占了一大部分，所有的GPlO引脚都有基本的输入输出功能。
最基本的输出功能是由STM32控制引脚输出高、低电平，实现开关控制，如把GPIO引脚接入到LED灯，那就可以控制LED灯的亮灭，引脚接入到继电器或三极管，那就可以通过继电器或三极管控制外部大功率电路的通断。
最基本的输入功能是检测外部输入电平，如把GPIO引脚连接到按键，通过电平高低区分按键是否被按下。

点亮PB0 LED：

GPIO功能框图

每个GPI/O端口有两个32位配置寄存器（GPIOX-CRL，GPIOx-CRH），两个32位数据寄存器（GPIOxIDR和GPIOX-ODR），一个32位置位/复位寄存器（GPIOx-BSRR），一个16位复位寄存器（GPIOx-BRR）和一个32位锁定寄存器（GPIOX-LCKR）.
根据数据手册中列出的每个I/O端口的特定硬件特征，GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式：

输入浮空

输入上拉

输入下拉

模拟输入

开漏输出

推挽式输出

推挽式复用功能

开漏复用功能

每个I/O端口位可以自由编程，然而I/O端口寄存器必须按32位字被访问（不允许半字或字节访问），GPIOx-BSRR和GPIOxBRR寄存器允许对任何GPIO寄存器的读/更改的独立访问；这样，在读和更改访间之间产生IRQ时不会发生危险。

图上除了I/O引脚我们能在芯片外部看到，其余部分都在芯片内部

1：保护模块：当I/O引脚输入正电压大于VDD，电流就会流向VDD不会流进芯片内部，从而保护电路（远大于VDD时二极管会烧坏，因此不能将引脚直接接电极，要用电机驱动），反之输入负电压超过VSS时，电流就会从VSS往外流。

2：推挽、开漏或关闭：用以下两个寄存器配置，每4个位控制一个GPIO，配置输入输出的各种模式（右上的上拉下拉开关也是用这个寄存器设置的：10）。

简化电路图：

当INT输入为1，取反后为0，上方的Ug

当INT输入为0，取反后为1，上方的Ug=Us，VDD3.3V电流流向Ug，VDD与OUT断开；下方的Ug>Us，GND与OUT导通，OUT电流流向GND。

可以输出高低电平，用于连接数字器件，高电平由VDD决定，低电平由VSS决定。

推挽结构指两个三极管受两路互补的信号控制，总是在一个导通的时候另外一个截止，优点开关效率效率高，电流大，驱动能力强。

输出高电平时，电流输出到负载，叫灌电流，可以理解成推，输出低电平时，负载电流流向芯片，叫拉电流，即挽。

开漏输出一般只能输出低电平，想输出高电平要另外加上拉电阻，而且此时NMOS处于截止状态（当INT为1时）

输出高电平时，VDD如果是3.3V，OUT就输出3.3V，VDD如果是5V，OUT就输出5V

只能输出低电平，不能输出高电平。

如果要输出高电平，则需要外接上拉。

开漏输出具有"线与"功能，一个为低，全部为低，多用于I2C和SMBUS总线。

3：输出数据寄存器：用以下寄存器配置，可以直接设置ODR，也可以先设置BSRR，最后ODR会被更改。

（右上的上拉下拉开关也是用这个BSRR寄存器设置的）

4：复用功能输出：用外设输出时（例如串口），第3部分就没用了。

5：输入数据寄存器：读出引脚数据

6：复用功能输入：外设引脚输入。

7：模拟输入：ADC采集，不经过肖特基触发器

GPIO输出初始化顺序

1、选定具体的GPIO
2、配置GPIO工作模式（CRL和CRH寄存器）
3、控制GPIO输出高低电平（ODR，BRR和BSRR）

点亮B0 LED

编辑：hfy