GPIO 口的输入,输出模式及其说明

GPIO端口各种模式的区别
(1)GPIO_Mode_AIN 模拟输入
(2)GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
(3)GPIO_Mode_IPD 下拉输入
(4)GPIO_Mode_IPU 上拉输入
(5)GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
(6)GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
(7)GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
(8)GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出

1.1 I/O口的输出模式下,有3种输出速度可选(2MHz、10MHz和50MHz),这个速度是指I/O口驱动电路的响应速度而不是输出信号的速度,输出信号的速度与程序有关(芯片内部在I/O口 的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路,用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路)。通过选择速度来选择不同的输出驱动模块,达到最佳的噪声 控制和降低功耗的目的。高频的驱动电路,噪声也高,当不需要高的输出频率时,请选用低频驱动电路,这样非常有利于提高系统的EMI性能。当然如果要输出较高频率的信号,但却选用了较低频率的驱动模块,很可能会得到失真的输出信号。

关键是GPIO的引脚速度跟应用匹配(推荐10倍以上?)。
比如:
1.1.1 对于串口,假如最大波特率只需115.2k,那么用2M的GPIO的引脚速度就够了,既省电也噪声小。
1.1.2 对于I2C接口,假如使用400k波特率,若想把余量留大些,那么用2M的GPIO的引脚速度或许不够,这时可以选用10M的GPIO引脚速度。
1.1.3 对于SPI接口,假如使用18M或9M波特率,用10M的GPIO的引脚速度显然不够了,需要选用50M的GPIO的引脚速度。

输入模式介绍:

GPIO口基本结构

第一:浮空输入模式;在这张图上,阴影的部分处于不工作状态,尤其是下半部分的输出电路,实际上是与端口处于隔离状态。

黄色的高亮部分显示了数据传输通道,外部的电平信号通过左边编号1的I/O端口进入STM32,经过编号2的施密特触发器的整形送入编号3的“输入数据寄存器”,在“输入数据寄存器”的另一端(编号4),CPU可以随时读出I/O端口的电平状态。

第二:输入上拉模式;与前面的浮空输入模式相比,仅仅是在数据通道上部,接入了一个上拉电阻,根据STM32的数据手册,这个上拉电阻阻值介于30K~50K欧姆。同样,CPU可以随时在“输入数据寄存器”的另一端,读出I/O端口的电平状态。

第三:输入下拉模式;数据通道的下部,接入了一个下拉电阻,根据STM32的数据手册,这个下拉电阻阻值也是介于30K~50K欧姆。

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第四:模拟输入模式;信号从左边编号1的端口进入,从右边编号2的一端直接进入ADC模块。这里我们看到所有的上拉、下拉电阻和施密特触发器,均处于断开状态,因此“输入数据寄存器”将不能反映端口上的电平状态,也就是说,模拟输入配置下,CPU不能在“输入数据寄存器”上读到有效的数据。

输出模式介绍:

第一:开漏输出模式;当CPU在左边的编号1端通过位设置/清除寄存器,或输出数据寄存器写入数据后,该数据位将通过编号2的输出控制电路传送到编号4的I/O端口,如果CPU写入的是逻辑“1”,则编号3的N-MOS管将处于关闭状态,此时I/O端口的电平将由外部的上拉电阻决定,如果CPU写入的是逻辑“0”,则编号3的N-MOS管将处于开启状态,此时I/O端口的电平被编号3的N-MOS管拉到了VSS的零电位。

在图的上半部,施密特触发器处于开启状态,这意味着CPU可以在“输入数据寄存器”的另一端,随时监控I/O端口的状态;通过这个特性,还实现了虚拟的I/O端口双向通信:只要CPU输出逻辑“1”,由于编号3的N-MOS管处于关闭状态,I/O端口的电平将完全由外部电路决定,因此,CPU可以在“输入数据寄存器”读到外部电路的信号,而不是它自己输出的逻辑“1”。

第二:开漏复用输出模式;与开漏输出模式的配置基本相同,不同的是编号2的输出控制电路的输入,与复用功能的输出端相连,此时输出数据寄存器被从输出通道断开了。同样,CPU可以从“输入数据寄存器”读到外部电路的信号。

第三:推免输出模式;在开漏输出模式的基础上,推挽输出模式仅仅是在编号2的输出控制电路之后,增加了一个P-MOS管。

当输出逻辑“1”时,编号3处的P-MOS管导通,而下方的N-MOS管截止,达到输出高电平的目的。

当输出逻辑“0”时,编号3处的P-MOS管截止,而下方的N-MOS管导通,达到输出低电平的目的。

在这个模式下,CPU仍然可以从“输入数据寄存器”读到外部电路的信号。

第四:

推挽复用输出模式,同样的道理,编号2的输出控制电路的输入,与复用功能的输出端相连,此时输出数据寄存器被从输出通道断开了。

其它部分与前述模式一致,包括对“输入数据寄存器”的读取。

综述:

STM32的GPIO口的几种输入输出模式的区别和适用场合
输出模式只有4种哦,另外4种是输入模式,这个问题很常见:
下面是引用文字:
(1) 浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入,可以做KEY识别,RX1
(2)带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入
(3)带下拉输入_IPD—— IO内部下拉电阻输入
(4) 模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入,或者低功耗下省电
(5)开漏输出_OUT_OD ——IO输出0接GND,IO输出1,悬空,需要外接上拉电阻,才能实现输出高电平。当输出为1时,IO口的状态由上拉电阻拉高电平,但由于是开漏输出模式,这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化,实现C51的IO双向功能
(6)推挽输出_OUT_PP ——IO输出0-接GND, IO输出1 -接VCC,读输入值是未知的
(7)复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能(I2C的SCL,SDA)
(8)复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能(TX1,MOSI,MISO.SCK.SS)
通俗的说,输出模式就2种,开漏和推挽,我通俗的说下这两种方式
推挽:当IO口输出高电平时,相当于供电电源上(一般为3.3V)通过三极管或MOS管接到了IO口上;同理,当IO口输出低电平时,相当于IO口通过三极管或MOS管接到了GND上面。
开漏,就是当IO口输出低电平时,相当于IO口通过三极管或MOS管接到了GND上面;当IO口输出高电平时,此引脚内部悬空。

配置管脚功能时也需要注意:

1)作为普通 GPIO 输入:根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入,同时不要使能
  该引脚对应的所有复用功能模块。
2)作为普通 GPIO 输出:根据需要配置该引脚为推挽输出或开漏输出,同时不要使能该引脚对应的所有复
  用功能模块。
3)作为普通模拟输入:配置该引脚为模拟输入模式,同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
4)作为内置外设的输入:根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入,同时使能该引
  脚对应的某个复用功能模块。
5)作为内置外设的输出:根据需要配置该引脚为复用推挽输出或复用开漏输出,同时使能该引脚对应的所有复用功能模块。

参考:

https://jingyan.baidu.com/article/3065b3b698a6aabecff8a4cd.html

https://jingyan.baidu.com/article/5d6edee2f873f899eadeecff.html

https://zhidao.baidu.com/question/692510938815084444.html

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