GPIO输入输出

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1.GPIO简介

1.输出

GPIO（通用输出输入口）(general purpose input output)

可配置为8种输出输出模式

  • 输出模式下可以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。
  • 输入模式可以读取端口高低电平或者电压，读取按键输入，外接模块电平信号输入、ADC电压采集，模拟通信协议接受数据等。（最常用捕获按键）
  • 引脚 电平：0v~3.3v,部分引脚可容忍5v(引脚带FT的都是看容忍5v电压的)

2.GPIO基本结构

image.png

  • 所有GPIO均挂载在APB2外设总线上，其中GPIO外设的名称是按照GPIOA，GPIOB，GPIOC等来命名。

  • 每个GPIO外设共有16个引脚，编号0-15.例如GPIOA的引脚称为PA0，GPIOB的引脚称为PB0等，不同名称对应片上不同引脚！！（stm32为32位的单片机，所以这个端口只有低16位用到，高16位没有用到）

  • GPIO内部主要是寄存器和驱动器，完成对电平的输入输出读取等操作。每一位对应一个引脚。Stm32，所以内部寄存器都是32位的，低16位对应有端口，高16位没有对应有端口。驱动器用来增强信号驱动能力。寄存器用来负责记录信息。

3.GPIO位结构

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整体分为2个部分，输出部分和输出部分，上半部分位输入，下半部分为输出

1.输入部分

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  • VDD接3.3v，VSS接0v。   如果输入电压大于3.3v那么，上方保护二极管就会导通，该电流就会流入VDD而不流入电路；下部同理

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  • 接着电流就到了开关部分，这部分接了一个上拉电阻和下拉电阻，上拉电阻VDD，下拉电阻VSS，可通过程序配置

    • 如果上面导通，下面断开，就是上拉输入模式 ，默认为高电平的输入模式， （可以理解为引脚为高电平，外部接地，这样按键按下，便能使引脚电平变化（按键输入更常用上拉配置，因为它可以在未按下时保持高电平，按下时变为低电平））
    • 如果下面导通，上面断开，就是下拉输入模式 ，默认为低电平的输入模式
    • 如果两个都断开，就是 浮空输入 （极易受外接干扰） （//使用浮空输入的时间，当外部输入信号功率很小，内部上拉电阻可能会影响到这个输入信号）

本质上是给输入提供一个默认的输入电平 ，上拉电阻和下拉电阻的阻值比较大，属于弱上拉和弱下拉，尽量不影响正常的输出操作

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  • 施密特触发器
    • 作用：对输入电压进行整形 将信号确定为高电平或者低电平）：大于某阈值，升为高，低于下限输出低，模拟输入不需要整形，所以就直接输出了，
  • 之后可以直接写入输入数据寄存器了，我们再读取某一位就可以知道电平了

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  • 上面还有两路
    • 模拟电路输入：因为ADC需要模拟量所以这根线皆在了施密特触发器前面（模拟量就是连续变化的，不需要整形）
    • 复用功能输入：连接到其他需要读取端口的外设上面，比如串口的输入引脚

2.输出部分

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  • .数字部分由输出数据寄存器或片上外设控制，两种控制方式通过数据选择器接到输出控制部分。如果选择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。
  • 左边的位设置/清除寄存器，用来单独操作输出数据寄存器的某一位（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），如果要对某一位进行置1操作，在位设置寄存器的对应位写1即可，剩下写0，内部电路自动将输出数据寄存器中对应位置为1，写0位保持不变；如果想对某一位进行清0的操作，就在位清零寄存器的对应位写1即可。

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  • 输出控制后，接着就到了两个MOS管，可选择推完，开漏，关闭三种模式
    • 推挽输出(强推输出模式)：P-MOS和N-MOS均有效，数据寄存器位1时，上管导通，下管断开，直接接到VDD，也即输出高电平；数据寄存器位0时，下管导通，上管断开，直接接到VSS，也即输出低电平。这种模式下高低电平均有较强的驱动能力。stm32对IO口有绝对统治权
    • 开漏输出：P-MOS无效，N-MOS有效数据寄存器位1时，下管断开，直接接到VDD，这时，输出相当于断开也即高祖模式；数据寄存器位0时，下管导通，直接接到VSS，也即输出低电平。这种模式下，只有低电平有驱动能力，高电平没。可以作为通讯协议的驱动方式,比如：IIC通讯。在多机通讯的情况下可以避免多个设备的干扰

4.GPIO模式

image.png GPIO速度可以限制输出引脚的最大反转速度，为了低功耗和稳定性，一般都是50MHZ

5.GPIO驱动LED闪烁

  • 第一步，使用rcc开启GPIO时钟
  • 第二步，使用GPIO_Init()函数初始化GPIO
  • 第三步，使用输出或输入函数控制GPIo口

HAL库配置

1.LED点亮

  • LED点亮，配置为GPIO推挽模式，推挽输出不需要设置上下拉

2.按键

  • 注意：

    • 1.每次按下按键需要单次触发！

    • 2.需要有松手检测！

    • 3.不阻塞程序！不要有Delay，更不能有while等待弹起，因为如果一直按着不送，cpu就会一直被占用。

    • 4.最好有长按功能。

直接记忆即可--三行按键法

#define KB1 GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1)
#define KB2 GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_2)
#define KB3 GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_3)
#define KB4 GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_4)
#define KEYPORT  KB1|KB2<<1|KB3<<2|KB4<<3|0xf0 //1111 1111当按键1按下1111 1110


u8 trig; //one key
u8 cont; //long key 
void Key_Read(void)
{
  u8 ReadData=KEYPORT^0xff; //异或,不同则为1，相同则为0,//0000 0001
  trig=ReadData&(KEYPORT^cont);//0000 0001&(0000 0001^0000 0000)=0000 0001
  cont=ReadData;//0000 0001
}
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