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STM32的IO口输入输出模式的理解

文章出处:eefocus 发布时间: 2017/11/08 | 158 次阅读

最近在看数据手册的时候,发现在Cortex-M3里,对于GPIO的配置种类有8种之多:


(1)GPIO_Mode_AIN 模拟输入 

(2)GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入

(3)GPIO_Mode_IPD 下拉输入

(4)GPIO_Mode_IPU 上拉输入

(5)GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出

(6)GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出

(7)GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出

 

(8)GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出


一、推挽输出:可以输出高、,连接数字器件;推挽结构一般是指两个分别受两个互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源决定。

推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时,两只对称的功率开关管每次只有一个导通,所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流,也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力,又提高开关速度。

二、开漏输出:输出端相当于三极管的集电极,要得到高电平状态需要才行。适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20mA以内)。开漏形式的电路有以下几个特点:

1、利用外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时,驱动电流是从外部的VCC流经上拉电阻、MOSFET到GND。IC内部仅需很小的栅极驱动电流。

2、一般来说,开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的,因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时,只能输出低电平,如果需要同时具备输出高电平的功能,则需要接上拉电阻,很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压,便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。(上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的速度。阻值越大,速度越越小,所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。)

3、开漏输出提供了输出方式,但是也有其弱点,就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电,所以当电阻选择小时延时就小,但功耗大;反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求,则建议用下降沿输出。

4、可以将多个开漏输出连接到一条线上。通过一只上拉电阻,在不增加任何器件的情况下,形成“与逻辑”关系,即“线与”。可以简单的理解为:在所有引脚连在一起时,外接一上拉电阻,如果有一个引脚输出为逻辑0,相当于接地,与之并联的回路“相当于被一根导线短路”,所以外电路逻辑电平便为0,只有都为高电平时,与的结果才为逻辑1。

关于推挽输出和开漏输出,最后用一幅最简单的图形来概括:该图中左边的便是推挽输出模式,其中输出高电平时下面的PNP三极管截止,而上面NPN三极管导通,输出电平VS+;当比较器输出低电平时则恰恰相反,PNP三极管导通,输出和地相连,为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式,需要接上拉。

 

三、浮空输入:对于浮空输入,一直没找到很权威的解释,只好从以下图中去理解了

由于浮空输入一般多用于外部按键输入,结合图上的输入部分电路,我理解为浮空输入状态下,IO的电平状态是的,完全由外部输入决定,如果在该引脚悬空的情况下,读取该端口的电平是不确定的。

四、上拉输入/下拉输入/模拟输入:这几个概念很好理解,从字面便能轻易读懂。

五、复用开漏输出、复用推挽输出:可以理解为GP被用作第二功能时的配置情况(即并非作为通用IO口使用)

六、总结在中选用IO模式
       1、浮空输入GPIO_IN_FLOATING ——浮空输入,可以做KEY识别,RX1
       2、带上拉输入GPIO_IPU——IO内部上拉电阻输入
       3、带下拉输入GPIO_IPD—— IO内部下拉电阻输入
       4、模拟输入GPIO_AIN ——应用ADC模拟输入,或者低功耗下省电
       5、开漏输出GPIO_OUT_OD ——IO输出0接GND,IO输出1,悬空,需要外接上拉电阻,才能实现输出高电平。当输出为1时,IO口的状态由上拉电阻拉高电平,但由于是开漏输出模式,这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化,实现C51的IO双向功能
       6、推挽输出GPIO_OUT_PP ——IO输出0-接GND, IO输出1 -接VCC,读输入值是未知的
       7、复用功能的推挽输出GPIO_AF_PP ——片内外设功能(I2C的SCL,SDA)
       8、复用功能的开漏输出GPIO_AF_OD——片内外设功能(TX1,MOSI,MISO.SCK.SS)
七、STM32设置实例:
       1、模拟I2C使用开漏输出_OUT_OD,接上拉电阻,能够正确输出0和1;读值时先GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);拉高,然后可以读IO的值;使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0);
       2、如果是无上拉电阻,IO默认是高电平;需要读取IO的值,可以使用带上拉输入_IPU和浮空输入_IN_FLOATING和开漏输出_OUT_OD;

八、通常有5种方式使用某个引脚功能,它们的配置方式如下:
      1、作为普通GPIO输入:根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入,同时不要使能该引脚对应的所有复用。
      2、作为普通GPIO输出:根据需要配置该引脚为推挽输出或开漏输出,同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
      3、作为普通模拟输入:配置该引脚为模拟输入模式,同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
      4、作为内置外设的输入:根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入,同时使能该引脚对应的某个复用功能模块。
      5、作为内置外设的输出:根据需要配置该引脚为复用推挽输出或复用开漏输出,同时使能该引脚对应的所有复用功能模块。
      注意如果有多个复用功能模块对应同一个引脚,只能使能其中之一,其它模块保持非使能状态。比如要使用STM32F103VBT6的47、48脚的USART3功能,则需要配置47脚为复用推挽输出或复用开漏输出,配置48脚为某种输入模式,同时使能USART3并保持I2C2的非使能状态。如果要使用STM32F103VBT6的47脚作为TIM2_CH3,则需要对TIM2进行重映射,然后再按复用功能的方式配置对应引脚。


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