El GPIO de STM32 es equivalente a las extremidades de STM32.Después de empaquetar un chip STM32, es su GPIO el que puede interactuar directamente con el exterior. El microcontrolador STM32F103 tiene 7 grupos de puertos de E/S de propósito general (GPIO), representados por GPIOx (x es A, B, C, D, E, F, G). Cada grupo de puertos tiene 16 pines periféricos, representados por Px0, Px1, ..., Px15 (x es A~G). Los diferentes tipos de chips tienen diferentes números de pines. Para aprender bien el GPIO de STM32, debe aclarar "443": 4 modos de entrada, 4 modos de salida y 3 velocidades de salida.
La figura anterior muestra la estructura básica de los bits de puerto STM32I/O, que se pueden dividir aproximadamente en tres partes. De derecha a izquierda: puertos de E/S, controladores de entrada/salida y registros de entrada/salida.
Un problema al que se debe prestar atención en la parte del puerto es si tiene el logotipo FT , porque cada puerto de STM32 tiene una tolerancia de voltaje diferente, algunos pueden tolerar un voltaje de 5V y otros solo pueden tolerar un voltaje de 3.3V. Por lo tanto, preste atención a la tolerancia de voltaje del puerto STM32 cuando se usa como salida o entrada. El que tiene la marca FT significa que puede tolerar el voltaje de 5V, y el que no tiene significa que solo puede tolerar el voltaje de 3.3V.
4 modos de entrada
1. Modo de entrada flotante
El diagrama de configuración estructural de los tres modos de entrada flotante, modo de entrada desplegable y modo de entrada desplegable se muestra arriba. En la figura se puede ver que el interruptor del controlador de salida está desconectado en el modo de entrada, lo que indica que la salida no se puede realizar en el modo de entrada.
Análisis de derecha a izquierda:
después de conectar los periféricos al pin de E/S, la señal debe pasar a través de dos diodos de protección antes de ingresar. La función del diodo de protección es evitar que el voltaje de entrada sea demasiado alto o demasiado bajo . Cuando el voltaje es demasiado alto En este momento, el diodo de protección conectado a VDD se enciende y el alto voltaje se introduce en VDD.Cuando el voltaje es demasiado bajo, el diodo de protección conectado a VSS se enciende y el bajo voltaje es exportado desde VSS al puerto de E/S para realizar la función de protección.
Después de pasar por el diodo de protección, la señal ingresa al controlador de entrada. En este momento, una resistencia pull-up y una resistencia pull-down están conectadas al circuito a través de un interruptor. Si ambos interruptores están encendidos en este momento, la entrada es un modo de entrada flotante.
Continúe hacia la izquierda para llegar al disparador Schottky. La función del disparador Schottky es dar forma al nivel de entrada. Si el voltaje de entrada es superior a cierto umbral, la entrada es alta. Si el voltaje de entrada es cierto umbral, la entrada es bajo. El disparador Schottky es para eliminar la perturbación de la señal.
Después del disparador Schottky, la señal de entrada se ingresa a la memoria de datos de entrada y la CPU puede leer los datos de entrada en este momento.
En el modo de entrada flotante, la impedancia de entrada del pin es relativamente grande y generalmente se usa para el extremo receptor del protocolo de comunicación estándar USART o IIC.
2. Modo de entrada pull-up
El modo de entrada pull-up es similar al modo de entrada flotante, la diferencia es que el interruptor de resistencia pull-up en 1 en la figura anterior está cerrado, el interruptor de resistencia pull-down en 2 está abierto y la resistencia pull-up está conectado al circuito. Cuando el pin del puerto de E/S no tiene señal de entrada, los datos del pin de lectura son 1, es decir, nivel alto.
3. Modo de entrada desplegable
El modo de entrada pull-down es similar a los dos métodos anteriores. En el modo de entrada pull-up, el interruptor pull-up está cerrado. En el modo de entrada pull-down, 2 interruptores de resistencia pull-down están cerrados, 1 pull-down el interruptor de resistencia ascendente está abierto y la resistencia desplegable está conectada al circuito. Cuando el pin del puerto de E/S no tiene señal de entrada, los datos del pin de lectura son 0, es decir, nivel bajo.
4. Modo de entrada analógica
La configuración estructural del modo de entrada analógica se muestra en la figura anterior.
La parte de entrada del pin de E/S es la misma que el modo de entrada flotante, el modo de entrada desplegable y el modo de entrada desplegable. La diferencia en la parte del controlador de entrada es que el gatillo Schottky se cierra sin conectar la resistencia pull-up y la resistencia pull-down, y la entrada analógica no pasa por el gatillo Schottky. Por ejemplo, la señal periférica se transmite al módulo ADC del convertidor analógico/digital, y el ADC recopila la señal de voltaje.
resumen de entrada
Entre los cuatro modos de entrada, los tres modos de entrada flotante, modo de entrada desplegable y modo de entrada desplegable son similares. Si la resistencia pull-up y la resistencia pull-down no están conectadas, es el modo de entrada flotante; si solo está conectada la resistencia pull-up, es el modo de entrada pull-up; si solo está conectada la resistencia pull-down , es el modo de entrada desplegable. El modo de entrada flotante compara el modo de entrada desplegable y el modo de entrada desplegable : el nivel del modo de entrada flotante es incierto cuando no hay entrada de señal externa, y se ve afectado fácilmente por señales de interferencia externas. el modo de entrada/el modo de entrada pull-down está conectado al El nivel de la resistencia pull-up/resistencia pull-down será alto/bajo cuando no haya señal de entrada. El modo de entrada analógica compara el modo de entrada flotante, el modo de entrada desplegable y el modo de entrada desplegable : la señal de entrada del modo de entrada analógica no ha sido moldeada por el disparador Schottky, y la señal de entrada es una señal analógica, mientras que la las señales de entrada de los otros tres modos de entrada han sido procesadas por el disparador Schottky.El modelador de flip-flop de base especial da forma a la señal de pulso de entrada lenta o deformada en una señal de pulso rectangular ideal, por lo que la señal de entrada es una señal digital.
4 modos de salida
Modo de salida de drenaje abierto
Los diagramas de configuración estructural del modo de salida de drenaje abierto y el modo de salida push-pull se muestran arriba. Cabe señalar que en el modo de salida, el interruptor del modo de entrada está desconectado, y en el modo de salida, el gatillo Schottky en el controlador de entrada Está abierto, lo que indica que el puerto de E/S también tiene una función de entrada cuando se emite.
El modo de salida debe analizarse de izquierda a derecha: la CPU escribe datos en el registro de datos de salida, y el registro de datos de salida envía los datos al pin de E/S a través del control de salida y luego a través de P-MOS o N-MOS. .
El P-MOS se apaga en el modo de salida de drenaje abierto. Salida "0", encienda el tubo N-MOS, haga que la salida esté conectada a tierra, que es 0V; salida "1", no active el tubo P-MOS, la salida está en un estado de alta impedancia y un tirón externo Se requiere una resistencia de aumento para obtener un nivel alto y decide generar el voltaje de alto nivel encendiendo la fuente de alimentación. Sin embargo, la salida de drenaje abierto tiene las características de "cableado y", es decir, cuando varios pines de salida de drenaje abierto están conectados juntos, solo cuando todos los pines emiten un estado de alta impedancia, el alto nivel puede ser proporcionado por el pull- resistencia de subida. Si algún pin es de bajo nivel, la salida de línea es de bajo nivel, lo que equivale a la función de "lógica y".
Modo de salida push-pull
En el modo de salida push-pull, tanto P-MOS como N-MOS están encendidos, pero el momento de encendido es diferente. Salida "1" para encender el transistor P-MOS; salida "0" para encender el N-MOS. Los dos tubos MOS se encienden a la vez, por lo que la capacidad de carga y la velocidad de conmutación mejoran considerablemente en comparación con el método ordinario. El nivel bajo de salida es 0 V y el nivel alto de salida es 3,3 V.
Modo de salida de drenaje abierto multiplexado y modo de salida push-pull multiplexado
El diagrama de configuración estructural del modo de salida de multiplexación se muestra arriba.
Los dos modos de salida anteriores también se pueden llamar modo de salida general, y la señal de salida es la señal en el registro de datos de salida. Las señales emitidas por el modo de salida de multiplexación son las señales de los periféricos en chip. Los pines de E/S del controlador STM32 no solo se pueden usar como pines GPIO de puerto de entrada/salida de uso general, sino que la mayoría también tiene funciones de multiplexación, es decir, como pines de E/S de periféricos en chip (como puertos serie, ADC, etc.), llamado AFIO para puertos de E/S multiplexados. Por lo tanto, cuando el pin de E/S se utiliza como una función GPIO, se deben seleccionar el modo de salida de drenaje abierto general y el modo de salida push-pull general. Cuando el pin de E/S se usa como una función multiplexada, se debe seleccionar el modo de salida multiplexada de drenaje abierto y el modo de salida push-pull multiplexada. Los modos de drenaje abierto y push-pull de la salida multiplexada son los mismos que el modo común. Las funciones de multiplexación se pueden encontrar en la hoja de datos de STM32.
resumen de salida
El modo de salida se puede dividir en dos categorías: salida general, salida multiplexada. El pin de E/S funciona como GPIO cuando se usa la salida general, y el pin de E/S funciona como una función alternativa cuando se usa la salida multiplexada. Se puede dividir en dos subcategorías: salida de drenaje abierto y salida push-pull. La diferencia en la configuración funcional radica en la conducción de P-MOS y N-MOS. Solo la conducción N-MOS es una salida de drenaje abierto; la conducción P-MOS y N-MOS, a su vez, es una salida push-pull. La salida de drenaje abierto solo puede generar un nivel bajo fuerte, que es adecuado para la conducción de tipo actual.Si desea generar un nivel alto, debe conectar una resistencia pull-up externa. La salida push-pull puede generar fuertes niveles altos y bajos para conectar dispositivos digitales.
Resumen de entrada y salida
3 velocidades de salida
Los pines de E/S de GPIO se utilizan para el modo de salida y hay tres opciones de velocidad a la derecha, basadas en frecuencias de 2 MHz, 10 MHz y 50 MHz. "Velocidad" se refiere a la velocidad de respuesta del circuito de excitación de salida, no a la velocidad de la señal de salida.
La parte de salida del puerto de E/S está diseñada con varios circuitos de accionamiento que responden a diferentes velocidades. El circuito de accionamiento correspondiente debe seleccionarse de acuerdo con los requisitos para lograr el mejor efecto de control de ruido y reducir el consumo de energía.
Cuando el pin de E/S de GPIO está configurado en modo de entrada, no es necesario configurar la velocidad de salida.