姓名：朱小鵬 ? 學號：16010130023

轉載：STM32輸入輸出模式理解

http://www.openedv.com/thread-32730-1-1.html

(出處: OpenEdv-開源電子網(wǎng))

【嵌牛導讀】：關于STM32學習的過程中遇到到8中輸入輸出模式

【嵌牛鼻子】：STM32輸入輸出模式理解

【嵌牛提問】：在STM32學習的過程中遇到到8中輸入輸出模式該如何理解素邪？

【嵌牛正文】：

最近在看數(shù)據(jù)手冊的時候今瀑，發(fā)現(xiàn)在Cortex-M3里，對于GPIO的配置種類有8種之多：

（1）GPIO_Mode_AIN 模擬輸入

（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空輸入

（3）GPIO_Mode_IPD 下拉輸入

（4）GPIO_Mode_IPU 上拉輸入

（5）GPIO_Mode_Out_OD 開漏輸出

（6）GPIO_Mode_Out_PP 推挽輸出

（7）GPIO_Mode_AF_OD 復用開漏輸出

（8）GPIO_Mode_AF_PP 復用推挽輸出

對于剛入門的新手，我想這幾個概念是必須得搞清楚的，平時接觸的最多的也就是推挽輸出觉增、開漏輸出辕近、上拉輸入這三種访锻，但一直未曾對這些做過歸納拔恰。因此因谎，在這里做一個總結：

推挽輸出:可以輸出高,低電平,連接數(shù)字器件; 推挽結構一般是指兩個三極管分別受兩互補信號的控制,總是在一個三極管導通的時候另一個截止基括。高低電平由IC的電源低定颜懊。

推挽電路是兩個參數(shù)相同的三極管或MOSFET,以推挽方式存在于電路中,各負責正負半周的波形放大任務,電路工作時，兩只對稱的功率開關管每次只有一個導通，所以導通損耗小河爹、效率高匠璧。輸出既可以向負載灌電流，也可以從負載抽取電流咸这。推拉式輸出級既提高電路的負載能力夷恍，又提高開關速度。

詳細理解：

如圖所示媳维，推挽放大器的輸出級有兩個“臂”（兩組放大元件）酿雪，一個“臂”的電流增加時，另一個“臂”的電流則減小侄刽，二者的狀態(tài)輪流轉換指黎。對負載而言，好像是一個“臂”在推州丹，一個“臂”在拉醋安，共同完成電流輸出任務。當輸出高電平時墓毒，也就是下級負載門輸入高電平時吓揪，輸出端的電流將是下級門從本級電源經VT3拉出。這樣一來所计，輸出高低電平時柠辞，VT3 一路和 VT5 一路將交替工作，從而減低了功耗主胧，提高了每個管的承受能力钾腺。又由于不論走哪一路，管子導通電阻都很小讥裤，使RC常數(shù)很小放棒，轉變速度很快。因此己英，推拉式輸出級既提高電路的負載能力间螟，又提高開關速度。

開漏輸出:輸出端相當于三極管的集電極. 要得到高電平狀態(tài)需要上拉電阻才行. 適合于做電流型的驅動,其吸收電流的能力相對強(一般20ma以內).

開漏形式的電路有以下幾個特點：

1.利用外部電路的驅動能力损肛，減少IC內部的驅動厢破。當IC內部MOSFET導通時，驅動電流是從外部的VCC流經R pull-up 治拿，MOSFET到GND摩泪。IC內部僅需很下的柵極驅動電流。

2.一般來說劫谅，開漏是用來連接不同電平的器件见坑，匹配電平用的嚷掠，因為開漏引腳不連接外部的上拉電阻時，只能輸出低電平荞驴，如果需要同時具備輸出高電平的功能不皆，則需要接上拉電阻，很好的一個優(yōu)點是通過改變上拉電源的電壓熊楼，便可以改變傳輸電平霹娄。比如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS電平輸出等。（上拉電阻的阻值決定了邏輯電平轉換的沿的速度鲫骗。阻值越大犬耻，速度越低功耗越小，所以負載電阻的選擇要兼顧功耗和速度执泰。）

3.OPEN-DRAIN提供了靈活的輸出方式香追，但是也有其弱點，就是帶來上升沿的延時坦胶。因為上升沿是通過外接上拉無源電阻對負載充電透典，所以當電阻選擇小時延時就小，但功耗大顿苇；反之延時大功耗小峭咒。所以如果對延時有要求，則建議用下降沿輸出纪岁。

4.可以將多個開漏輸出的Pin凑队，連接到一條線上。通過一只上拉電阻幔翰，在不增加任何器件的情況下漩氨，形成“與邏輯”關系。這也是I2C遗增，SMBus等總線判斷總線占用狀態(tài)的原理叫惊。補充：什么是“線與”？：

在一個結點(線)上,連接一個上拉電阻到電源VCC或VDD和n個NPN或NMOS晶體管的集電極C或漏極D,這些晶體管的發(fā)射極E或源極S都接到地線上,只要有一個晶體管飽和,這個結點(線)就被拉到地線電平上.因為這些晶體管的基極注入電流(NPN)或柵極加上高電平(NMOS),晶體管就會飽和,所以這些基極或柵極對這個結點(線)的關系是或非NOR邏輯.如果這個結點后面加一個反相器,就是或OR邏輯.

其實可以簡單的理解為：在所有引腳連在一起時做修，外接一上拉電阻霍狰，如果有一個引腳輸出為邏輯0，相當于接地饰及，與之并聯(lián)的回路“相當于被一根導線短路”蔗坯，所以外電路邏輯電平便為0，只有都為高電平時燎含，與的結果才為邏輯1宾濒。

關于推挽輸出和開漏輸出，最后用一幅最簡單的圖形來概括：

該圖中左邊的便是推挽輸出模式屏箍，其中比較器輸出高電平時下面的PNP三極管截止绘梦，而上面NPN三極管導通橘忱，輸出電平VS+；當比較器輸出低電平時則恰恰相反谚咬，PNP三極管導通鹦付，輸出和地相連尚粘，為低電平择卦。右邊的則可以理解為開漏輸出形式，需要接上拉郎嫁。

浮空輸入：對于浮空輸入秉继，一直沒找到很權威的解釋，只好從以下圖中去理解了

由于浮空輸入一般多用于外部按鍵輸入泽铛，結合圖上的輸入部分電路尚辑，我理解為浮空輸入狀態(tài)下，IO的電平狀態(tài)是不確定的盔腔，完全由外部輸入決定杠茬，如果在該引腳懸空的情況下，讀取該端口的電平是不確定的弛随。

上拉輸入/下拉輸入/模擬輸入：這幾個概念很好理解瓢喉，從字面便能輕易讀懂。

復用開漏輸出舀透、復用推挽輸出：可以理解為GPIO口被用作第二功能時的配置情況（即并非作為通用IO口使用）

最后總結下使用情況：

在STM32中選用IO模式

（1） 浮空輸入_IN_FLOATING ——浮空輸入栓票，可以做KEY識別，RX1

（2）帶上拉輸入_IPU——IO內部上拉電阻輸入

（3）帶下拉輸入_IPD—— IO內部下拉電阻輸入

（4） 模擬輸入_AIN ——應用ADC模擬輸入愕够，或者低功耗下省電

（5）開漏輸出_OUT_OD ——IO輸出0接GND走贪，IO輸出1，懸空惑芭，需要外接上拉電阻坠狡，才能實現(xiàn)輸出高電平。當輸出為1時遂跟，IO口的狀態(tài)由上拉電阻拉高電平擦秽，但由于是開漏輸出模式，這樣IO口也就可以由外部電路改變?yōu)榈碗娖交虿蛔冧銮凇感挥？梢宰xIO輸入電平變化，實現(xiàn)C51的IO雙向功能

（6）推挽輸出_OUT_PP ——IO輸出0-接GND越败， IO輸出1 -接VCC触幼，讀輸入值是未知的

（7）復用功能的推挽輸出_AF_PP ——片內外設功能（I2C的SCL,SDA）

（8）復用功能的開漏輸出_AF_OD——片內外設功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）

STM32設置實例：

（1）模擬I2C使用開漏輸出_OUT_OD，接上拉電阻究飞，能夠正確輸出0和1置谦；讀值時先GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0)堂鲤；拉高，然后可以讀IO的值媒峡；使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0)瘟栖；

（2）如果是無上拉電阻，IO默認是高電平谅阿；需要讀取IO的值半哟，可以使用帶上拉輸入_IPU和浮空輸入_IN_FLOATING和開漏輸出_OUT_OD；

通常有5種方式使用某個引腳功能签餐，它們的配置方式如下：

1）作為普通GPIO輸入：根據(jù)需要配置該引腳為浮空輸入寓涨、帶弱上拉輸入或帶弱下拉輸入，同時不要使能該引腳對應的所有復用功能模塊氯檐。

2）作為普通GPIO輸出：根據(jù)需要配置該引腳為推挽輸出或開漏輸出戒良，同時不要使能該引腳對應的所有復用功能模塊。

3）作為普通模擬輸入：配置該引腳為模擬輸入模式冠摄，同時不要使能該引腳對應的所有復用功能模塊糯崎。

4）作為內置外設的輸入：根據(jù)需要配置該引腳為浮空輸入、帶弱上拉輸入或帶弱下拉輸入河泳，同時使能該引腳對應的某個復用功能模塊沃呢。

5）作為內置外設的輸出：根據(jù)需要配置該引腳為復用推挽輸出或復用開漏輸出，同時使能該引腳對應的所有復用功能模塊乔询。

注意如果有多個復用功能模塊對應同一個引腳樟插，只能使能其中之一，其它模塊保持非使能狀態(tài)竿刁。

比如要使用STM32F103VBT6的47黄锤、48腳的USART3功能，則需要配置47腳為復用推挽輸出或復用開漏輸出食拜，配置48腳為某種輸入模式鸵熟，同時使能USART3并保持I2C2的非使能狀態(tài)。

如果要使用STM32F103VBT6的47腳作為TIM2_CH3负甸，則需要對TIM2進行重映射流强，然后再按復用功能的方式配置對應引腳。

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一呻待、GPIO模式配置

1打月、輸入/輸出模式（參考stm32手冊）

2、GPIO輸出模式下蚕捉，幾種速度的區(qū)別：

(1). GPIO 引腳速度： GPIO_Speed_2MHz (10MHz, 50MHz) ;

又稱輸出驅動電路的響應速度：（芯片內部在I/O口的輸出部分安排了多個響應速度不同的輸出驅動電路奏篙，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇合適的驅動電路，通過選擇速度來選擇不同的輸出驅動模塊，達到最佳的噪聲控制和降低功耗的目的秘通。）

可理解為: 輸出驅動電路的帶寬：即一個驅動電路可以不失真地通過信號的最大頻率为严。

(如果一個信號的頻率超過了驅動電路的響應速度，就有可能信號失真肺稀。失真因素第股？)

如果信號頻率為10MHz，而你配置了2MHz的帶寬话原，則10MHz的方波很可能就變成了正弦波夕吻。就好比是公路的設計時速，汽車速度低于設計時速時稿静，可以平穩(wěn)地運行梭冠，如果超過設計時速就會顛簸辕狰，甚至翻車改备。

關鍵是： GPIO的引腳速度跟應用相匹配，速度配置越高蔓倍，噪聲越大悬钳，功耗越大。

帶寬速度高的驅動器耗電大偶翅、噪聲也大默勾，帶寬低的驅動器耗電小、噪聲也小聚谁。使用合適的驅動器可以降低功耗和噪聲

比如：高頻的驅動電路母剥，噪聲也高，當不需要高的輸出頻率時形导，請選用低頻驅動電路环疼，這樣非常有利于提高系統(tǒng)的EMI性能。當然如果要輸出較高頻率的信號朵耕，但卻選用了較低頻率的驅動模塊炫隶，很可能會得到失真的輸出信號。關鍵是GPIO的引腳速度跟應用匹配（推薦10倍以上阎曹？）伪阶。

比如：

①　USART串口，若最大波特率只需115.2k处嫌，那用2M的速度就夠了栅贴，既省電也噪聲小。

②　I2C接口熏迹，若使用400k波特率檐薯，若想把余量留大些，可以選用10M的GPIO引腳速度癣缅。

③　SPI接口，若使用18M或9M波特率，需要選用50M的GPIO的引腳速度嗅剖。

(2). GPIO的翻轉速度指：輸入/輸出寄存器的0 叼旋，1 值反映到外部引腳(APB2上)高低電平的速度.手冊上指出GPIO最大翻轉速度可達18MHz。

@通過簡單的程序測試域慷，用示波器觀察到的翻轉時間: 是綜合的時間，包括取指令的時間、指令執(zhí)行的時間搀军、指令執(zhí)行后信號傳遞到寄存器的時間(這其中可能經過很多環(huán)節(jié)，比如AHB勇皇、APB罩句、總線仲裁等)，最后才是信號從寄存器傳輸?shù)揭_所經歷的時間敛摘。

如：有上拉電阻门烂，其阻值越大，RC延時越大兄淫，即邏輯電平轉換的速度越慢屯远，功耗越大。

(3).GPIO 輸出速度：與程序有關捕虽，(程序中寫的多久輸出一個信號)慨丐。

2、GPIO口設為輸入時泄私，輸出驅動電路與端口是斷開房揭，所以輸出速度配置無意義。

3晌端、在復位期間和剛復位后捅暴，復用功能未開啟，I/O端口被配置成浮空輸入模式斩松。

4伶唯、所有端口都有外部中斷能力。為了使用外部中斷線惧盹，端口必須配置成輸入模式乳幸。

5、GPIO口的配置具有上鎖功能钧椰，當配置好GPIO口后粹断，可以通過程序鎖住配置組合，直到下次芯片復位才能解鎖嫡霞。

一般應用：

模擬輸入_AIN ——應用ADC模擬輸入瓶埋，或者低功耗下省電。

浮空輸入_IN_FLOATING ——可以做KEY識別，RX1

開漏輸出_Out_OD——應用于I2C總線养筒； （STM32開漏輸出若外部不接上拉電阻只能輸出0）

二. 管腳的復用功能 重映射

1曾撤、復用功能：內置外設是與I/O口共用引出管腳（不同的功能對應同一管腳）

STM32 所有內置外設的外部引腳都是與標準GPIO引腳復用的，如果有多個復用功能模塊對應同一個引腳晕粪，只能使能其中之一挤悉，其它模塊保持非使能狀態(tài)。

2巫湘、重映射功能：復用功能的引出腳可以通過重映射装悲，從不同的I/O管腳引出，即復用功 能的引出腳位是可通過程序改變到其他的引腳上尚氛！

直接好處：PCB電路板的設計人員可以在需要的情況下诀诊，不必把某些信號在板上繞一大圈完成聯(lián)接，方便了PCB的設計同時潛在地減少了信號的交叉干擾阅嘶。

如：USART1： 0: 沒有重映像(TX/PA9属瓣，RX/PA10)； 1: 重映像(TX/PB6奈懒，RX/PB7)奠涌。

（參考AFIO_MAPR寄存器介紹）[0,1為一寄存器的bit值]

【注】 下述復用功能的引出腳具有重映射功能：

- 晶體振蕩器的引腳在不接晶體時宪巨，可以作為普通I/O口

- CAN模塊磷杏； - JTAG調試接口；- 大部分定時器的引出接口捏卓； - 大部分USART引出接口

- I2C1的引出接口极祸； - SPI1的引出接口；

舉例：對于STM32F103VBT6怠晴，47引腳為PB10遥金，它的復用功能是I2C2_SCL和 USART3_TX，表示在上電之后它的默認功能為PB10蒜田，而I2C2的SCL和USART3的TX為它的復用功能稿械；另外在TIM2的引腳重映射后，TIM2_CH3也成為這個引腳的復用功能冲粤。

(1)要使用STM32F103VBT6的47美莫、48腳的USART3功能，則需要配置47腳為復用推挽輸出或復用開漏輸出梯捕，配置48腳為某種輸入模式厢呵，同時使能USART3并保持I2C2的非使能狀態(tài)。

(2)使用STM32F103VBT6的47腳作為TIM2_CH3傀顾，則需要對TIM2進行重映射襟铭，然后再按復用功能的方式配置對應引腳.

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輸入輸出快速切換

#define HD7279_DAT_OUT GPIOB->CRH=(GPIOB->CRH&(~(0x0000000F<<20)))|0x00000003<<20 //推挽輸出

#define HD7279_DAT_IN GPIOB->CRH=(GPIOB->CRH&(~(0x0000000F<<20)))|0x00000004<<20 //浮空輸入