0301STM32GPIO外设输出功能

STM32GPIO外设输出功能

STM32内部的GPIO外设
STM32外部的设备和电路
点亮一个LED灯3步
闪烁小灯&流水灯&蜂鸣器实验
- 使用库函数的方法

GPIO的输出输入
库函数里用了大量的结构体、指针、枚举等知识。C语言中高级部分
LED闪烁、LED流水灯、蜂鸣器滴滴鸣响

STM32内部的GPIO外设

GPIO简介

GPIO（General Purpose Input Output）通用输入输出口
可配置为8种输入输出模式
引脚电平：0V~3.3V，部分引脚可容忍5V（可以输入5V，但是输出只有3.3V，因为供电只有3.3V）FT（Five Tolerate）
输出模式下可控制端口输出高低电平，用以驱动LED、控制蜂鸣器、模拟通信协议输出时序（IIC、SPI、芯片的特性协议）等
输入模式下可读取端口的高低电平或电压，用于读取按键输入、外接模块电平信号输入、ADC电压采集、模拟通信协议接收数据等

基本结构

在这里插入图片描述
GPIO外设的名称按照GPIOA、GPIOB、GPIOC等命令的
每个GPIO外设有16个引脚，编号从0-15。GPIOA的第0号引脚，一般成为PA0，第15号为PA15
每个GPIO模块内，主要包含了寄存器和驱动器这些
寄存器（一段特殊的存储器），内核可以通过APB2总线对寄存器进行读写，来完成输出电平和读取电平的功能。
寄存器的每一位对应一个引脚，其中输出寄存器写1，对应的引脚就会输出高电平，写0就输出低电平
输入寄存器读取为1，就证明对应的端口目前是高电平，读取为0，就是低电平
所有寄存器都是32位的，但是端口只有16位，所以寄存器只有低16位对应有端口，高16位没有用到
驱动器用来增加信号的驱动能力。寄存器只负责存储数据，如果要进行点灯操作，还是需要驱动器来负责增大驱动能力

GPIO位结构

在这里插入图片描述

左边三个是寄存器，中间部分是驱动器，右边是IO引脚

整体结构分为两部分：上面是输入部分，下面是输出部分

输入部分：

IO引脚，接了两个保护二极管，对输入电压进行限幅的。如果输入电压>V_DD ,那么上面的二极管就会导通，输入电压产生的电流就会直接流入VDD而不会流入内部电路，可以避免过高的电压对内部的电路产生伤害。如果输入电压<V_SS,下方二极管导通，电流从V_SS流出去，而不会从内部电路汲取电流，可以保护内部电路。如果输入电压在V_SS到V_DD之间，两个二极管均不导通，这时二极管对电路没有影响，这是保护二极管的作用。

上拉电阻至V_DD，下拉电阻至V_SS。开关可以通过程序配置。
上面导通，下面断开，上拉输入模式（默认为高电平的输入方式）
下面导通，上面断开，下拉输入模式（默认为低电平的输入方式）
两个都断开，浮空输入模式。
上拉下拉式为了给输入提供一个默认的输入电平的。因为对于数字端口，输入不是高电平就是低电平，如果浮空的话引脚的输入电平极易受外接干扰而改变，为了避免输出不确定，所以要确定下来用上拉电阻或者下拉电阻。上下拉电阻阻值都比较大，是一种弱上拉和弱下拉，目的是尽量不影响正常的输入操作。

图中的肖特基触发器，应该为施密特触发器才对（翻译错误）（对输入电压进行整形）（类似迟滞比较器），经过施密特触发器整形的波形就可以直接写入数据寄存器了。再用程序读取输入数据寄存器对应的某一位数据，就可以指导端口的输入电平了

模拟输入和复用功能输入就是连接到片上外设的一些端口，其中有模拟输入（连接到ADC上的，因为ADC接收模拟量，所以在施密特触发器之前）。复用功能输入是连接到其他需要读取端口的外设上的，比如串口的输入引脚，这根线接收的是数字量，所以在施密特触发器后面

输出部分：

数字部分可以由输出数据寄存器或片上外设控制，两种方式通过数据选择器接到了输出控制部分。如果通过输出数据寄存器进行控制，就是普通的IO口输出，写这个数据寄存器的某一位就可以操作对应的某个端口了
位设置/清除寄存器，可以用来单独操作输出数据寄存器的某一位，而不影响其他位，因为输出数据寄存器同时控制16个端口，并且这个寄存器只能整体读写，所以只想单独控制某一个端口而不影响其他端口的话，就需要一些特殊的操作方式
第一种方式是先读出这个寄存器，然后用按位与和按位或的方式更改某一位，最后再将更改后的数据写回去，在C语言中就是&=和|=操作，比较麻烦，效率不到，对于IO口的操作而言不太合适
第二种方式是设置这个位设置/清除寄存器，如果对某一位置1，在位设置寄存器的对应位写1即可，剩下不需要操作的位写0。内部有电路，自动将输出数据寄存器中的对应位置位1，而剩下的写0的位则保持不变。保证了只操作其中某一位而不影响其他位，并且是一步到位的操作。
如果相对某一位清0，就在位清除寄存器的对应位写1即可，内部有电路，自动将输出数据寄存器中的对应位置位0

第三种方式是读取STM32中的“位带”区域，这个“位带”作用和51单片机的位寻址作用差不多，在STM32中，专门分配的有一段地址区域，这段地址映射了ARM和外设寄存器所有的位，读写这段地址中的数据，就相当于读写所映射位置的某一位。

目前暂不会用到。库函数方法操作是读写位设置和位清除寄存器的方法

输出控制之后接到两个MOS管，推挽、开漏和关闭三种方式
推挽输出在高低电平均有较强的驱动能力，所以推挽输出模式也叫强推输出模式
开漏输出模式，数据寄存器为1时，输出相当于断开，也就是高阻模式，只有低电平有驱动能力。可以作为通信协议的驱动方式，比如IIC，多机通信时可以避免各个设备的相互干扰。还可以用于输出5V的电平信号（用于兼容5V的设备）
关闭。引脚配置成输入模式时，两个MOS管都无效，输出关闭，端口的电平由外部信号来控制

GPIO位结构的全部介绍

GPIO八种工作模式

通过配置GPIO的端口配置寄存器，位结构的电路就会根据配置进行改变（比如开关的通断，NMOS和PMOS是否有效，数据选择器的选择等），端口可以配置成以下8种模式
在这里插入图片描述

浮空/上拉/下拉输入

浮空输入时，端口一定要接上一个连续的驱动源，不能出现悬空的状态。
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输入模式下，输出驱动器是断开的。端口只能输入不能输出，
V_DD或V_{DD_FT}是3.3V端口和容忍5V端口的区别。特殊不同在哪手册没有说，我们也不用管，就知道就行了。上面的保护二极管需要做一下处理，要不然直接接V_DD3.3V的话，外部接入5V电压就会导致上边二极管开启，并且产生较大电流，这是不太妥当的。

模拟输入

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从引脚直接接到片上外设ADC，所以使用ADC时，将引脚配置成模拟输入就行了

开漏/推挽输出

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在输出模式下，输入模式也是有效的。但是在输入模式下，输出都是无效的，这是因为一个端口只能有一个输出，但可以有多个输入，所以当配置成输出模式的时候，内部也可以顺便输入，这个没啥影响

复用开漏/推挽输出

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这两个模式和普通的开漏输出和推挽输出差不多，只不过引脚电平由片上外设控制，引脚控制权有片上外设掌控。在输入部分，片上外设也可以读取引脚的电平，同时普通的输入也是有效的，顺便接受一下电平信号

8种模式中，除了模拟输入这个模式会关闭数字的输入功能，其他7个模式中所有的输入都是有效的

手册寄存器描述

English缩写

GPIO（General Purpose Input/Output，通用输入输出）
GPIOx_MODER：GPIO Port Mode Register
GPIOx_IDR：GPIO Port Input Data Register
GPIOx_ODR：GPIO Port Output Data Register
GPIOx_BSRR：GPIO Port Bit Set/Reset Register
GPIOx_LCKR：GPIO Port Configuration Lock Register
GPIOx_LCKR：GPIO Port Configuration Lock Register
GPIO_CRL（Control Register Low）
GPIO_CRH（Control Register High）
CNF（Configuration bits)

GPIO功能描述

可以看GPIO8种方式详情可以看手册，
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外设的GPIO配置

使用片上外设的引脚时，可以参考手册里给的配置（外设的GPIO配置）
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GPIO寄存器描述

GPIO配置寄存器，每个端口的模式由4位进行控制，16个端口需要64位，所以配置寄存器有2个，1个端口配置低寄存器，1个端口配置高寄存器
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多出了GPIO输出的速度（可以限制输出引脚的最大翻转速度），这个设计出来是为了低功耗和稳定性的。一般要求不高时配置50MHz即可。

端口输入数据寄存器

里面的低16位对应16个引脚，高16位没有使用
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端口输出数据寄存器

里面的低16位对应16个引脚，高16位没有使用
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端口位设置/清除寄存器

高16位进行位清除，低16位进行位设置。写1进行设置或者清除，写0不产生影响
在这里插入图片描述

端口位清除寄存器

低16位和端口位设置/清除寄存器的高16位功能一样，为啥还需要这个寄存器，是为了方便操作设置的。如果只想单一地进行位设置或者位清除。位设置时，用上面的寄存器，位清除时，用下面的寄存器。因为设置和清除时，使用的都是低16位的数据，这样方便一些。如果想对多个端口同时进行位设置和位清除，那使用第一个寄存器就可以了，这样可以保证位设置和位清除的的同步性。
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端口配置锁定寄存器

可以对端口的配置进行锁定，防止意外更改。
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STM32外部的设备和电路

LED和蜂鸣器简介

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没有剪过得LED实物，长脚是正极，短脚是负极。
LED内部也可以看正负极，较小的一般是正极，较大的一般是负极

硬件电路

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LED灯的限流电阻一定要接。看IO口的高低电平的驱动能力如何来选取怎么接。一般选取第一种接法。很多单片机或者芯片，使用高电平弱驱动，低电平强驱动的规则。可以一定程度上避免高低电平打架。
三极管驱动电路。（更好的驱动电路和阻值选型可以看模电和数电部分）

面包板

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面包板的正反面。
金属爪的排放规律：
竖着的5孔金属爪连接，上面两排和下面两排的金属爪是横着连接（还标了供电的红+ ，蓝-标识）（有的正中间横的可能断开）

keilkill.bat

批处理文件，可以把工程编译产生的中间文件都删掉，因为编译产生的文件比较大，主要占空间的就是Listing和Objects这两个文件夹，这些都是中间文件，如果要把工程分享给别人，可以双击一下这个批处理文件，会把中间文件都删掉

点亮一个LED灯3步

1.使用RCC开启GPIO的时钟
2.使用GPIO_Init函数初始化GPIO
3.使用输出或者输入的函数控制GPIO口

设计RCC和GPIO两个外设可以先看下这两个外设都有哪些库函数

RCC外设

可以在Library中找到rcc.h文件，在.h文件的最下面，一般都是库函数所有函数的声明。
可以看到rRCC有很多函数，但是大部分函数我们都不会用到，最常用的只有只有这3个函数
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以AHB为例：
brief 简介
param 参数
看简介描述它的功能，看参数如何选择。
如果不清楚哪个外设连接在哪一个总线上，还可以到arg这个列表里面找一下

GPIO外设

gpio.h的文件

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需要了解的就是红框里的函数
1.GPIO_DeInit，参数可以写GPIOA、GPIOB等等，调用这个函数之后，所指定的GPIO外设就会被复位
2.GPIO_AFIODeInit，可以复位AFIO外设

3.GPIO_Init 非常重要，作用：用结构体的参数来初始化GPIO口，需要先定义一个结构体变量，然后再给结构体赋值，最后调用这个函数
这个函数内部会自动读取结构体的值，执行一堆判断和运算，写入到GPIO配置寄存器，然后自动把外设的各个参数配置好（操作细节就不需要关心了）。这种Init函数在STM32中基本所有的外设都有，一般初始化外设都使用Init函数来完成。
4.GPIO_StructInit，可以把结构体变量赋一个默认值，

接下来4个是GPIO的读取函数
再下面4个事GPIO的写入函数
这些函数可以实现读写GPIO口的功能，
剩下的函数暂时不会用到
重要的函数就是GPIO_Init和8个读写函数

闪烁小灯&流水灯&蜂鸣器实验

8种工作模式：

AIN （Analog IN）模拟输入
IN_FLOATING 浮空输入
IPD （In Pull Down）下拉输入
IPU （In Pull Up）上拉输入
Out_OD (Out Open Drain)开漏输出
Out_PP (Out Push Pull) 推挽输出
AF_OD (Atl Open Drain) 复用开漏
AF_PP (Atl Push Pull) 复用推挽

GPIO的输入函数

GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin); 两个参数： GPIOx，GPIO_Pin 可以把指定的端口设置成高电平
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin); GPIOx，GPIO_Pin 指定引脚可以把指定的端口设置成低电平
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal); GPIOx，GPIO_Pin 根据第三个参数的值来设置指定的端口
void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal); GPIOx，可以同时对16个端口进行操作

Delay函数的说明

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提供三个延迟函数，us延迟、ms延迟、s延迟

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使用SysTick定时器来实现的延时，具体如何实现，可以先不用管，延时函数直接用，不用修改什么（是因为72Mhz的主频吗，待考究，要是换了芯片还能一样不？）

如果非要在函数里用0/1来表示
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, 0); 这样编译会出现警告，
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枚举类型中混入了其他类型的变量
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, (BitAction)0);
如果还想写0或者1，就强制把0转化成BitAction类型

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2
可以用 | 的原因：
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换成2进制就是
GPIO_0 0000 0000 0000 0001
GPIO_1 0000 0000 0000 0010
每个端口对应一个位，进行按位或 GPIO_0|GPIO_1时 0000 0000 0000 0011 相当于同时选中2个引脚