【嵌入式】STM32学习（3）——GPIO的8种工作方式及相关寄存器说明
作者：互联网
GPIO的8种工作方式
一、GPIO基本结构和工作方式
1、战舰/精英板
战舰/精英板都是144脚芯片，有7组IO口。以STM32F103ZET6为例：
- 一共7组IO口
- 每组IO口有16个IO （PA0——PA15）
- 一共有16X7 = 112个IO，分别为GPIOA，GPIOB…GPIOG
2、Min板
Min板是64引脚的，以STM32F103RCT6为例：
- 一共4组IO口
- 一共有16X3+3 = 51个IO，分别为：GPIOA0~A15， GPIOB0 ~ B15，GPIOC0 ~ C15，GPIOD0 ~ D2。
3、基本结构
注：FT说明容忍可识别5V
4、工作方式
GPIO有八种工作方式，包括四种输入方式和四种输出方式。分别如下：
4种输入模式：
- GPIO_Mode_AIN 模拟输入
- GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
- GPIO_Mode_IPD 下拉输入
- GPIO_Mode_IPU 上拉输入
4种输出模式：
- GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
- GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
- GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
- GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出
示意图如下：
①GPIO工作模式1——输入浮空模式
GPIO引脚配置为输入浮空时， 在芯片内部既没有接上拉电阻或下拉电阻，经由触发器输入。配置成这个模式直接用电压表测量其引脚电压为1点几伏，这是个不确定值。由于其输入阻抗较大，一般把这种模式用于标准的通信协议如I2C，USART的接收端。
②GPIO工作模式2——输入上拉模式
GPIO引脚配置为上拉输入模式时，在默认情况下（GPIO引脚无输入），读取得的GPIO引脚数据为1，即高电平。
③GPIO工作模式3——输入下拉模式
GPIO引脚配置为下拉输入模式时，在默认情况下（GPIO引脚无输入），读取 得的GPIO引脚数据为0，低电平。
④GPIO工作模式4——模拟输入
GPIO引脚配置为模拟输入时，关闭施密特触发器，不接上，下拉电阻，经由另一线路把电压信号传送到片上外设模块。如传送至ADC模块，由ADC采集电压信号。所以使用ADC外设时，必须设置为模拟输入模式。
⑤GPIO输出工作模式1——开漏输出模式
GPIO输出模式为开漏输出时，如果控制输出为0，低电平，则使N-MOS管导通，输出接地；若控制输出为1，则既不输出高电平，也不输出低电平，为高阻态。要正常使用必须在外部接一个上拉电阻。它具有线与特性，即多个开漏模式引脚连接到一起时，只有当所有引脚都输出高阻态，才由上拉电阻提供高电平，此高电平的电压为外部上拉电阻所接电源的电压。若其中一个引脚为低电平，那线路就相当于短路接地，使得整条线路都为低电平，0V。
⑥GPIO输出工作模式2——开漏复用输出模式
开漏复用输出和开漏输出的区别在于：0/1信号的来源不同
使用任何一种开漏模式，都需要接上拉电阻。
⑦GPIO输出工作模式3——推挽输出模式
在输出高电平时，P-MOS管导通，低电平时，N-MOS管导通。两个管子轮流导通，一个负责灌电流，一个负责拉电流，使其负载能力 和开关速度都比普通的方式有很大的提高。推挽输出的低电平为0V，高电平为3.3V。
⑧GPIO输出工作模式4——推挽复用输出模式
推挽复用输出和推挽输出的区别在于：0/1信号的来源不同
一些说明：
- 普通推挽输出模式一般应用在输出电平为0和3.3伏的场合。而普通开漏输出模式一般应用在电平不匹配的场合，如需要输出5V的高电平，就需要在外部接一个上拉电阻，电源为5V，把GPIO设置为开漏模式，当输出高阻态时，由上拉电阻和电源向外输出5V的电平。
- 对于相应的复用模式，则是根据GPIO的复用功能来选择的，如GPIO的引脚用作串口的输出，则使用复用推挽输出模式。如果用在需要线与功能的复用场合，就使用复用开漏模式。在使用任何一种开漏模式时，都需要接上拉电阻。
推挽、开漏理解这块可以参考之前的一篇笔记，感觉很易懂啦~
二、GPIO寄存器说明
1、GPIO相关寄存器
每组GPIO端口包含7个寄存器，一共可以控制一组GPIO 的16个IO口。
- 2个32位配置寄存器（GPIOx_CRL，GPIOx_CRH）
- 2个32位数据寄存器（GPIOx_IDR，GPIOx_ODR）
- 1个32位置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR）
- 1个16位复位寄存器（GPIOx_BRR）（端口位清除寄存器）
- 1个32位锁存寄存器（GPIOx_LCKR）
每个IO端口位可以自由编程，但每个I/O端口寄存器必须按32位字被访问（不允许半子或者字节访问）。
2、端口配置低寄存器（GPIOx_CRL）、端口配置高寄存器（GPIOx_CRH）
CRL/CRH每4个位控制一个IO口。GPIOx_CRL为32位寄存器，可以控制8个IO口，PA0~PA7；剩余8个IO口PA8 ~PA15由寄存器GPIOx_CRH控制。
- 端口配置低寄存器（GPIOx_CRL）：
以CNF0 && MODE0为例：
首先确定MODE0的工作模式，00为输入，01、10、11均为输出，且对应的最大速度不一样；若MODE0设为“00”，即输入模式，则通过CNF0确定具体是4种输入模式的哪一种；若MODE设为输出模式，则通过CNF0确定具体是输出模式的哪一种。
例：1010表示复用功能推挽输出模式，且最大速度为2MHZ；1000表示上拉下拉输入模式，具体是上拉还是下拉要通过ODR寄存器（1上0下）确定。
- 端口配置高寄存器（GPIOx_CRH）
理解同GPIOx_CRL
3、端口输入数据寄存器（GPIOx_IDR）、端口输入数据寄存器（GPIOx_ODR）、
-
端口输入数据寄存器（GPIOx_IDR）
IDR寄存器仅用到了低16位，高16位保留，每个位控制该组IO口的一个IO口，对应IO的输入电平。特殊的，在输出模式下，可以用来读输出IO口的电瓶状态。 -
端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR）
ODR寄存器也只用到了低16位，高16位保留。IDR对应的是IO口的输入电平，ODR寄存器则相反，控制IO口的输出电平。特殊的，在输入模式下，ODR寄存器用来配置上拉或者下拉（1上0下）。
4、端口位设置/清除寄存器（GPIOx_BSRR）、端口清零寄存器（GPIOx_BRR）
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端口位设置/清除寄存器（GPIOx_BSRR）
BSRR常用的是低16位，需要置1的直接写1，其余默认为0且不输出，不对其他的造成影响，比较实用；而ODR寄存器写0时会输出0。 -
端口清零寄存器（GPIOx_BRR）
BRR寄存器的作用和寄存器BSRR高16位的作用是类似的。常用的是BSRR的低16位和BRR的低16位。
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