GPIO实现的功能

• 输出相关
  • 输出状态：推挽或者开漏 + 上下拉
  • 输出数据可以来自于输出数据寄存器（GPIOx_ODR）或外设（复用功能的输出）
  • 每个I/O都可以选择输出的速度
• 输入相关
  • 输入状态：浮空、上下拉和模拟
  • 输入数据可以来自于输入数据寄存器（GPIOx_IDR）或外设（复用功能的输入）
• 模拟功能
  • ADC输入
  • DAC输出输入
• 模拟比较器
• 复用功能的选择寄存器
• 早期stm32 GPIO的种工作模式, 如_STM32F103xx_
  • 浮空输入模式
  • 上拉输入模式
  • 下拉输入模式
  • 模拟输入模式
  • 开漏输出模式
  • 推挽输出模式
  • 复用开漏输出模式
  • 复用推挽输出模式

GPIO的工作模式

GPIO的输出

输出类型

推挽输出

• 输出寄存器ODR为1时，P-MOS管导通，N-MOS管截止（断开），引脚高电平

• 输出寄存器ODR为0时，P-MOS管截至，N-MOS管导通，引脚低电平

开漏输出

• 输出寄存器ODR为1时，N-MOS管截止，引脚高阻态/悬空

• 输出寄存器ODR为0时，N-MOS管导通，引脚输出低电平

内部上下拉电阻

• 在输出模式下，输出类型为推挽输出，不管如何设置内部上下拉电阻（内部上下拉电阻是无效的或者说被旁路了），引脚输出是受ODR输出寄存器控制，推挽输出不配置上拉电阻
• 在输出模式下，输出类型为开漏输出，引脚输出是受ODR输出寄存器控制同时也受上下拉电阻控制
  • 开漏 + ODR(1) = 悬空
  • 开漏 + ODR(1) + 上拉 = 高电平
  • 开漏 + ODR(1) + 下拉 = 低电平

- 开漏 +  ODR(0)  + 上拉/下拉= 低电平

输出速度

速度挡位

模式	速度描述	速度 @2.7-3.6V (MHz)	速度 @1.58-2.7V (MHz)
0	Low speed	12.5	5
1	Medium speed	55	12.5
2	High speed	100	33
3	Very-high speed	100	33

速度的影响

• 速度越高，GPIO翻转的时间越短，对高速信号造成的影响越小
• 速度越高，产生的电磁干扰越强，功耗越大

比喻：允许速度越快的路，越直，越平坦，但路占地面积越大，修建成本越高！

常见接口速度

• 驱动LED等，低速
• UART，115200bps以内，低速
• I2C，400k，中速
• SPI，20M，高速

GPIO口的输入

• 输入模式下没有推挽、开漏一说
• 在不配置上下拉电阻的情况下，引脚是浮空状态
• 一般情况下根据所接外设的默认输出状态决定配置上下拉电阻

上拉输入

• 在输入模式下，配置为上拉电阻，引脚默认是高电平，即输入寄存器IDR为1

下拉输入

• 在输入模式下，配置为下拉电阻，引脚默认是低电平，即输入寄存器IDR为0

GPIO口的复用

• 为了在有限的引脚上实现尽量多的外设接口，目前几乎所有的MCU都采用IO口可配置模式，让每个IO口拥有多种接口能力
• I2C总线
  • I2C总线，在一组总线上可以连接多个外设，同一个时刻，MCU只能和一个外设进行通信， 其他外设不能参与通信。这样，就要求同一时刻，只能由1个外设控制总线的高、低电平变 化，这样需要线与功能 两根数据线，因为硬件上已经有外置的上拉电阻，所以配置成不带上下拉的开漏输出，复用 模式，速度选择高速或超高速
• SPI总线
• UART接口
• Timer
• …

GPIO口的模拟

• ADC
• DAC输出输入
• 模拟比较器

GPIO的复位状态

普通GPIO口的复位状态

• 是模拟输入模式

调试口

• 下述接口，复位后，不是普通GPIO口状态，是特殊的调试相关接口状态
  • PA15: JTDI in pull-up
  • PA14: JTCK/SWCLK in pull-down
  • PA13: JTMS/SWDIO in pull-up
  • PB4: NJTRST in pull-up
  • PB3: JTDO/TRACESWO in floating state no pull-up/pull-down

引导配置接口

• PH3/BOOT0：根据在用户选择配置字(user option byte)中的nSWBOOT0 位配置，可以被用作boot 引脚 (BOOT0) 或一个 GPIO（nSWBOOT0 = 0为GPIO功能）
• 如果是用作boot引脚，上电时的高低电平，可以结合其他用户选择字节配置位，影响代码从什么位置来运行

外部晶体振荡器接口

• 外部高速晶体振荡器接口、外部低速(32.768kHz)晶体振荡器接口在没有使用相应的外部振荡器时，可以被用作普通的GPIO

GPIO寄存器简介

• 实际偏移地址因内型号而定

/**
* @brief General Purpose I/O
*/
typedef struct
{
__IO uint32_t MODER;   /*!< GPIO port mode register, Address offset: 0x00 */
__IO uint32_t OTYPER;  /*!< GPIO port output type register, Address offset: 0x04 */
__IO uint32_t OSPEEDR; /*!< GPIO port output speed register, Address offset: 0x08 */
__IO uint32_t PUPDR;   /*!< GPIO port pull-up/pull-down register, Address offset: 0x0C */
__IO uint32_t IDR; 	   /*!< GPIO port input data register, Address offset: 0x10 */
__IO uint32_t ODR;     /*!< GPIO port output data register, Address offset: 0x14 */
__IO uint32_t BSRR;    /*!< GPIO port bit set/reset register, Address offset: 0x18 */
__IO uint32_t LCKR;    /*!< GPIO port configuration lock register, Address offset: 0x1C */
__IO uint32_t AFR[2];  /*!< GPIO alternate function registers, Address offset: 0x20-0x24 */
__IO uint32_t BRR;     /*!< GPIO Bit Reset register, Address offset: 0x28 */
__IO uint32_t HSLVR;   /*!< GPIO high-speed low voltage register, Address offset: 0x2C */
__IO uint32_t SECCFGR; /*!< GPIO secure configuration register, Address offset: 0x30 */
} GPIO_TypeDef;