[嵌入式] STM32F429入门（五）：了解GPIO

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[嵌入式]STM32F429入门（五）：了解GPIO

（一）GPIO--general purpose input output

是通用输入输出端口的简称，简单来说就是软件可控制的引脚，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。型号为 STM32F4IGT6 型号的芯片有 GPIOA、GPIOB、GPIOC 至 GPIOI 共 9 组 GPIO，芯片一共 176 个引脚，其中 GPIO 就占了一大部分，所有的 GPIO 引脚都有基本的输入输出功能。

问题一：GPIO与引脚有什么区别？

引脚可以分为以下的几类：电源、晶振IO、下载IO、BOOT IO、复位IO；这五部分IO组成的系统我们也叫做最小系统。
以下的为GPIO：
专用器件接到专用的总线，比如I2C，SPI，SDIO，FSMC，DCMI这些总线的器件需要接到专用的IO
普通的元器件接到GPIO,比如蜂鸣器，LED，按键等元器件用普通的GPIO
如果还有剩下的IO，可根据项目需要引出或者不引出

（二）GPIO功能详解

保护二极管及上、下拉电阻的作用如下：

引脚的两保护个二级管可以防止引脚外部过高或过低的电压输入，当引脚电压高于 VDD_FT时，上方的二极管导通，当引脚电压低于 VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。尽管有这样的保护，并不意味着 STM32 的引脚能直接外接大功率驱动器件，如直接驱动电机，强制驱动要么电机不转，要么导致芯片烧坏，必须要加大功率及隔离电路驱动。

上拉、下拉电阻，从它的结构我们可以看出，通过上、下拉对应的开关配置，我们可以控制引脚默认状态的电压，开启上拉的时候引脚电压为高电平，开启下拉的时候引脚电压为低电平，这样可以消除引脚不定状态的影响。如引脚外部没有外接器件，或者外部的器件不干扰该引脚电压时，STM32 的引脚都会有这个默认状态。

也可以设置“既不上拉也不下拉模式”，我们也把这种状态称为浮空模式，配置成这个模式时，直接用电压表测量其引脚电压为 1 点几伏，这是个不确定值。所以一般来说我们都会选择给引脚设置“上拉模式”或“下拉模式”使它有默认状态。

STM32 的内部上拉是“弱上拉”，即通过此上拉输出的电流是很弱的，如要求大电流还是需要外部上拉。通过“上拉/下拉寄存器 GPIOx_PUPDR 控制引脚的上、下拉以及浮空模式。

其中：

00：无上拉或下拉

01：上拉

10：下拉

11：保留

?推挽输出：输入是0输出也是0，输入1输出也是1，两个MOS管轮流工作。在该结构中输入高电平时，上方的 P-MOS 导通，下方的 N-MOS 关闭，对外输出高电平；而在该结构中输入低电平时，N-MOS 管导通，P-MOS 关闭，对外输出低电平。当引脚高低电平切换时， 两个管子轮流导通，一个负责灌电流，一个负责拉电流，使其负载能力和开关速度都比普通的方式有很大的提高。推挽输出的低电平为 0 伏，高电平为 3.3 伏。

?开漏输出：可以输出0和高阻态，如果想要使其输出高电平，则需加入上拉电路，所以此时它输出的高电平，完全取决于加入的VDD。而在开漏输出模式时，上方的 P-MOS 管完全不工作。如果我们控制输出为 0，低电平，则 P-MOS 管关闭，N-MOS 管导通，使输出接地，若控制输出为 1 (它无法直接输出高电平) 时，则 P-MOS 管和 N-MOS 管都关闭，所以引脚既不输出高电平，也不输出低电平，为高阻态。为正常使用时必须接上拉电阻(可用 STM32 的内部上拉，但建议在 STM32 外部再接一个上拉电阻)，它具“线与”特性，也就是说，若有很多个开漏模式引脚连接到一起时，只有当所有引脚都输出高阻态，才由上拉电阻提供高电平，此高电平的电压为外部上拉电阻所接的电源的电压。若其中一个引脚为低电平，那线路就相当于短路接地，使得整条线路都为低电平，0 伏。

推挽输出模式一般应用在输出电平为 0 和 3.3 伏而且需要高速切换开关状态的场合。在 STM32 的应用中，除了必须用开漏模式的场合，我们都习惯使用推挽输出模式。
开漏输出一般应用在 I2C、SMBUS 通讯等需要“线与”功能的总线电路中。除此之外，还用在电平不匹配的场合，如需要输出 5 伏的高电平（芯片最多输出3.3V），就可以在外部接一个上拉电阻，上拉电源为 5 伏，并且把 GPIO 设置为开漏模式，当输出高阻态时，由上拉电阻和电源向外输出 5 伏的电平。
设置推挽/开漏，使用寄存器：输出类型寄存器 GPIOx_OTYPER
如果要使输出信号和输入信号反相：（S8050高电平导通，低电平截止）
如果要使输出信号和输入信号同相：
?
推挽输出总结：
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。
开漏输出总结：
只能输出低电平，丌能输出高电平。
如果需要输出高电平，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。