stm32 gpio*

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gpio

把gpio,当成是一个外设，重新再学习一遍

stm32f1 gpio资源

STM32F103ZET6 芯片是 144 脚的芯片，

具有 GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF 和 GPIOG 七组 GPIO 口，共有 112 个 IO 口可供我们编程使用

IO 功能模式

GPIO 有八种工作模式，分别是：

上下拉（输入）

  1. 输入浮空
    • 拉/下拉电阻为断开状态
    • 用于按键检测等场景
  2. 输入上拉
  3. 输入下拉
  4. 模拟输入
    • 用于 ADC、DAC、MCO这类操作模拟信号的外设

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为什么要上下拉？（防止“漂移”）

简单来说，上下拉电阻的作用就是给引脚一个确定的默认状态，防止电路在悬空时受到电磁干扰

推挽开漏（输出、复用）

  1. 开漏输出

    • 它只能输出低电平 Vss 或者高阻态，常用于 IIC 通讯（IIC_SDA）或其它需要进行电平转换的场景

  2. 推挽输出

    • 会输出低电平 VSS 或者高电平VDD,驱动能力较强

  3. 开漏式复用功能

    • 。当选择复用功能时，引脚的状态是由对应的外设控制，而不是输出数据寄存器

  4. 推挽式复用功能

[!IMPORTANT]
1. 必须用【推挽输出】 (Push-Pull)

当你需要引脚作为 “动力源” 或者 “高速信号源” 时。

  • 驱动能力需求：如果你要直接驱动 LED、蜂鸣器、光耦，或者给某个模块供电。推挽输出在输出“1”时能提供稳定的电流，输出“0”时能强力吸收电流。
  • 高速通讯：比如 SPI 协议或 UART 串口。推挽输出的电平切换速度极快，边缘非常陡峭，能支持几十 MHz 的频率。
  • 简单驱动：控制继电器模块、驱动各种 LCD/OLED 屏幕。

[!IMPORTANT]
2. 必须用【开漏输出】 (Open-Drain)

当你需要 “兼容性”、“安全性” 或者符合 “总线标准” 时。

A. I2C 总线（必须开漏）

I2C 协议规定了多个设备挂在同一根线上。如果用推挽，一旦两个芯片一个发高一个发低，就会直接短路烧毁。开漏模式下，大家只负责“拉低”或“松手”，即使同时动作也不会坏。

B. 电平转换（3.3V 控 5V）

STM32 内部最高只能出 3.3V。如果你要把信号给一个 5V 的老芯片（它可能规定 3.5V 以上才算高电平），推挽就没戏了。

  • 做法：选开漏，外部接一个电阻拉到 5V。这样引脚“松手”时，电压就是 5V，完美解决。

C. “线与”逻辑（报警/中断线）

比如你有 5 个传感器，任何一个报警都要让单片机知道。

  • 你可以把它们的开漏输出全部连在一起。
  • 只要有一个传感器报警（拉低），整条线就变低。这种简单的并联在推挽模式下是绝对禁止的。

[!IMPORTANT]
当你面对一个 GPIO 输出配置时，按顺序问自己这三个问题：

  1. 这是一根通讯总线吗？
  • 是 I2C 吗？ 开漏。
  • 是 SPI/UART 吗？ 推挽。
  1. 这根线上会连着多个输出设备吗？
  • 是（比如共享中断信号线） 开漏。
  • 否（一对一连接） 往下看。
  1. 对方的电压和 STM32 一样吗？
  • 一样 (3.3V) 推挽。
  • 对方更高 (5V) 开漏 + 外部上拉到 5V。

寄存器

在理解了IO的工作模式后，就知道要怎么用了，之后就是通过配置寄存器，来达成我们想要的工作模式。

所有的寄存器，简单来说，可以归结为：

  1. CR（控制寄存器）
  2. DR（数据寄存器）
  3. SR（状态寄存器）

CR

  • 这 2 个配置寄存器就是用来配置 GPIO 的相关工作模式和工作速度

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DR

  • 这里就是输出的数据寄存器了，这里有两个，都可以进行写，具体会有区分，这些都属于具体的设备细节了，无需在意。

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实验

点灯实验，没什么好说的，比较简单，这里要注意一个通用的意识：

初始化外设的步骤：

  1. 使能设备（使能时钟）
  2. 配置外设寄存器（有定义外设基地址）
/**
* @brief 初始化 LED 相关 IO 口, 并使能时钟
* @param 无
* @retval 无
*/
void led_init(void)
{

    LED0_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LED0 时钟使能 */
    LED1_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LED1 时钟使能 */


    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    gpio_init_struct.Pin = LED0_GPIO_PIN; /* LED0 引脚 */
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; /* 推挽输出 */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* 高速 */
    HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化 LED0 引脚 */
    gpio_init_struct.Pin = LED1_GPIO_PIN; /* LED1 引脚 */
    HAL_GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化 LED1 引脚 */
    LED0(1); /* 关闭 LED0 */
    LED1(1); /* 关闭 LED1 */
}