STM32的I/O口的8种工作模式


STM32的I/O口的八种工作模式

(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

先介绍几个名词

  • 浮空:顾名思义就是浮在空中,上面用绳子一拉就上去了,下面用绳子一拉就沉下去了。浮空输入状态下,IO的电平状态是不确定的,完全由外部输入决定,如果在该引脚悬空的情况下,读取该端口的电平是不确定的。 如果你外部上拉电阻,就是1;下拉电阻,就是0。浮空一般多用于按键,还有就是一些特殊功能。

  • 开漏:等于输出口接了个NPN三极管,并且只接了e、b。而c极是开路的,你可以接一个电阻到3.3V,也可以接一个电阻到5V。这样,在输出1的时候,就可以是5V电压,也可以是3.3V电压了。但是不接电阻上拉的时候,这个输出高就不能实现了。

  • 推挽:是有推有拉,任何时候IO口的电平都是确定的,不需要外接上拉或者下拉电阻。

  • 推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时,两只对称的功率开关管每次只有一个导通,所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流,也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力,又提高开关速度。

开漏输出:

开漏输出输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内).

开漏形式的电路有以下几个特点:

  1. 利用外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动。当 IC 内部 MOSFET 导通时,驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up ,MOSFET 到 GND。IC内部仅需很下的栅极驱动电流。

  2. 一般来说,开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的,因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时,只能输出低电平,如果需要同时具备输出高电平的功能,则需要接上拉电阻,很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压,便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。(上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度 。阻值越大,速度越低功耗越小,所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。)

  3. OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式,但是也有其弱点,就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电,所以当电阻选择小时延时就小,但功耗大;反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求,则建议用下降沿输出。

  4. 可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。通过一只上拉电阻,在不增加任何器件的情况下,形成“与逻辑”关系。这也是I2C,SMBus等总线判断总线占用状态的原理。补充:

    • 什么是“线与”?:

      在一个结点(线)上, 连接一个上拉电阻到电源 VCC 或 VDD 和 n 个 NPN 或 NMOS 晶体管的集电极 C 或漏极 D, 这些晶体管的发射极 E 或源极 S 都接到地线上, 只要有一个晶体管饱和, 这个结点(线)就被拉到地线电平上. 因为这些晶体管的基极注入电流(NPN)或栅极加上高电平(NMOS),晶体管就会饱和, 所以这些基极或栅极对这个结点(线)的关系是或非 NOR 逻辑. 如果这个结点后面加一个反相器, 就是或 OR 逻辑. 其实可以简单的理解为:在所有引脚连在一起时,外接一上拉电阻,如果有一个引脚输出为逻辑0,相当于接地,与之并联的回路“相当于被一根导线短路”,所以外电路逻辑电平便为0,只有都为高电平时,与的结果才为逻辑1。

由于浮空输入一般多用于外部按键输入,结合图上的输入部分电路,我理解为浮空输入状态下,IO的电平状态是不确定的,完全由外部输入决定,如果在该引脚悬空的情况下,读取该端口的电平是不确定的。

上拉输入/下拉输入/模拟输入:这几个概念很好理解,从字面便能轻易读懂。

复用开漏输出、复用推挽输出:可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况(即并非作为通用IO口使用)

使用情况:

在STM32中选用IO模式

(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)

STM32设置实例:

(1)模拟I2C使用开漏输出_OUT_OD,接上拉电阻,能够正确输出0和1;读值时先 GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);拉高,然后可以读IO的值;使用 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0);

(2)如果是无上拉电阻,IO默认是高电平;需要读取IO的值,可以使用带上拉输入 _IPU 和浮空输入 _IN_FLOATING 和开漏输出 _OUT_OD;