STM32的八種I/O口的用法:
(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(fù)用開漏輸出
(8)GPIO_Mode_AF_PP復(fù)用推挽輸出
簡單理解:
1.浮空,顧名思義就是浮在空中,上面用繩子一拉就上去了,下面用繩子一拉就沉下去了。浮空輸入狀態(tài)下,IO的電平狀態(tài)是不確定的,完全由外部輸入決定,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。如果你外部上拉電阻,就是1;下拉電阻,就是0。浮空一般多用于按鍵,還有就是一些特殊功能。
2.開漏,就等于輸出口接了個(gè)NPN三極管,并且只接了e(基)和b(集電),c(發(fā)射)極是開路的,你可以接一個(gè)電阻到3.3V,也可以接一個(gè)電阻到5V,這樣,在輸出1的時(shí)候,就可以是5V電壓,也可以是3.3V電壓了.但是不接電阻上拉的時(shí)候,這個(gè)輸出高就不能實(shí)現(xiàn)了。
3.推挽,就是有推有拉,任何時(shí)候IO口的電平都是確定的,不需要外接上拉或者下拉電阻。
按照原理理解:
1.浮空:由于浮空輸入一般多用于外部按鍵輸入,結(jié)合圖上的輸入部分電路,我理解為浮空輸入狀態(tài)下,IO的電平狀態(tài)是不確定的,完全由外部輸入決定,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。
2.開漏輸出:輸出端相當(dāng)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(qū)動,其吸收電流的能力相對強(qiáng)(一般20mA以內(nèi))。
開漏形式的電路有以下幾個(gè)特點(diǎn):
(1)利用外部電路的驅(qū)動能力,減少IC(integratedcircuit,集成電路)內(nèi)部的驅(qū)動。當(dāng)IC內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通時(shí),驅(qū)動電流是從外部的VCC流經(jīng)Rpull-up,MOSFET到GND。IC內(nèi)部僅需很小的柵極驅(qū)動電流。
(2)一般來說,開漏是用來連接不同電平的器件,匹配電平用的,因?yàn)殚_漏引腳不連接外部的上拉電阻時(shí),只能輸出低電平,如果需要同時(shí)具備輸出高電平的功能,則需要接上拉電阻,很好的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過改變上拉電源的電壓,便可以改變傳輸電平。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(zhuǎn)換的沿的速度。阻值越大,速度越低功耗越小,所以負(fù)載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。)
(3)OPEN-DRAIN提供了靈活的輸出方式,但是也有其弱點(diǎn),就是帶來上升沿的延時(shí)。因?yàn)樯仙厥峭ㄟ^外接上拉無源電阻對負(fù)載充電,所以當(dāng)電阻選擇小時(shí)延時(shí)就小,但功耗大;反之延時(shí)大功耗小。所以如果對延時(shí)有要求,則建議用下降沿輸出。
(4)可以將多個(gè)開漏輸出的Pin,連接到一條線上。通過一只上拉電阻,在不增加任何器件的情況下,形成“與邏輯”關(guān)系。這也是I2C,SMBus等總線判斷總線占用狀態(tài)的原理。
3.推挽:推挽電路是兩個(gè)參數(shù)相同的三極管或MOSFET(PMOS,NMOS,此處可以參考CMOS和TTL的區(qū)別那篇),以推挽方式存在于電路中,各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù),電路工作時(shí),兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有一個(gè)導(dǎo)通,所以導(dǎo)通損耗小、效率高。輸出既可以向負(fù)載灌電流,也可以從負(fù)載抽取電流。推拉式輸出級既提高電路的負(fù)載能力,又提高開關(guān)速度。
4.上拉輸入/下拉輸入/模擬輸入:這幾個(gè)概念很好理解,從字面便能輕易讀懂。
5.復(fù)用開漏輸出、復(fù)用推挽輸出:可以理解為GPIO口被用作第二功能時(shí)的配置情況(即并非作為通用IO口使用)
最后總結(jié)一下使用情況:(有待驗(yàn)證和總結(jié))
(1)浮空輸入_IN_FLOATING——浮空輸入,可以做KEY識別,RX1。也適合作為ADC輸入,因?yàn)楦蓴_比較少。
(2)帶上拉輸入_IPU——IO內(nèi)部上拉電阻輸入
(3)帶下拉輸入_IPD——IO內(nèi)部下拉電阻輸入
(4)模擬輸入_AIN——應(yīng)用ADC模擬輸入,或者低功耗下省電
(5)開漏輸出_OUT_OD——IO輸出0接GND,IO輸出1,懸空,需要外接上拉電阻,才能實(shí)現(xiàn)輸出高電平。當(dāng)輸出為1時(shí),IO口的狀態(tài)由上拉電阻拉高電平,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?。也可以讀IO輸入電平變化
(6)推挽輸出_OUT_PP——IO輸出0-接GND,IO輸出1-接VCC,讀輸入值是未知的,適合直接連接數(shù)字型元件
(7)復(fù)用功能的推挽輸出_AF_PP——片內(nèi)外設(shè)功能(TX1,主模式下的MOSI,SCK,SS,以及從模式的MISO)
(8)復(fù)用功能的開漏輸出_AF_OD——片內(nèi)外設(shè)功能(I2C的SCL,SDA)
STM32設(shè)置實(shí)例:
(1)模擬I2C使用開漏輸出_OUT_OD,接上拉電阻,能夠正確輸出0和1;讀值時(shí)先GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);拉高,然后可以讀IO的值;使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0);
(2)如果是無上拉電阻,IO默認(rèn)是高電平;需要讀取IO的值,可以使用帶上拉輸入_IPU和浮空輸入_IN_FLOATING和開漏輸出_OUT_OD;
幾個(gè)相關(guān)的小問題:
1.復(fù)用功能的具體解釋:
復(fù)用功能(復(fù)用功能到f4系列時(shí)就沒有了):為了使不同器件封裝的外設(shè)I/O功能的數(shù)量達(dá)到最優(yōu),可以把一些復(fù)用功能重新映射到其他一些腳上。這可以通過軟件配置相應(yīng)的寄存器來完成(參考AFIO寄存器描述)。這時(shí),復(fù)用功能就不再映射到它們的原始引腳上了。比如說你使用USART1,你可以直接設(shè)置寄存器的值來配置PA9和PA10。但是如果PA9和PA10被占用了,你就要使用復(fù)用功能重映射到PB6和PB7,然后設(shè)置寄存器的值來配置PB6和PB7。
像復(fù)用推挽等這些配置是特殊功能時(shí)候用的。
比如TIM2/3/4/5_CHx輸出比較通道xIO口要設(shè)置成推挽復(fù)用輸出
2.什么是“線與”:
在一個(gè)結(jié)點(diǎn)(線)上,連接一個(gè)上拉電阻到電源VCC或VDD和n個(gè)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(此處請自行腦補(bǔ)三極管BJT或場效應(yīng)管FET的電路圖),在這個(gè)電路中,只要有一個(gè)晶體管飽和,這個(gè)結(jié)點(diǎn)(線)就被拉到地線電平上。因?yàn)檫@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(gè)結(jié)點(diǎn)(線)的關(guān)系是或非NOR邏輯。如果這個(gè)結(jié)點(diǎn)后面加一個(gè)反相器,就是或OR邏輯。
其實(shí)可以簡單的理解為:在所有引腳連在一起時(shí),外接一上拉電阻,如果有一個(gè)引腳輸出為邏輯0,相當(dāng)于接地,與之并聯(lián)的回路“相當(dāng)于被一根導(dǎo)線短路”,所以外電路邏輯電平便為0,只有都為高電平時(shí),與的結(jié)果才為邏輯1,因此為“線與”。
3.推挽輸出和開漏輸出都可以輸出高電位和低電位,差別是什么呢?
推拉式輸出級既提高電路的負(fù)載能力,又提高開關(guān)速度。
開漏輸出適合于做電流型的驅(qū)動,其吸收電流的能力相對強(qiáng)(一般20ma以內(nèi))。
參考資料:
http://www.openedv.com/thread-21980-1-1.html
這里的電路圖指的是正點(diǎn)原子的GPIO基本知識一節(jié)ppt中的電路圖