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发表于: 2015-11-29 17:16:11 | 显示全部楼层

9 通用I/O (GPIO)

9.1 简介

每个通用I/O端口包括4个32位配置寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR 和 GPIOx_PUPDR）、2个32位数据寄存器（GPIOx_IDR和GPIOx_ODR）和1个32位置位/复位寄存器 (GPIOx_BSRR)。此外，所有GPIO都包括1个32位锁定寄存器 (GPIOx_LCKR)和2个32位复用功能选择寄存器（GPIOx_AFRH和GPIOx_AFRL）。

9.2 GPIO主要特性

• 输出状态：推挽或开漏 + 上拉/下拉

• 从输出数据寄存器 (GPIOx_ODR) 或外设（复用功能输出）输出数据

• 可为每个 I/O 选择不同的速度

• 输入状态：浮空、上拉/下拉、模拟

• 将数据输入到输入数据寄存器 (GPIOx_IDR) 或外设（复用功能输入）

• 置位和复位寄存器 (GPIOx_BSRR)，对 GPIOx_ODR 具有按位写权限

• 锁定机制 (GPIOx_LCKR)，可冻结 I/O 端口配置

• 模拟功能

• 复用功能选择寄存器

• 快速翻转，每次翻转最快只需要两个时钟周期

• 引脚复用非常灵活，允许将 I/O 引脚用作 GPIO 或多种外设功能中的一种

9.3 GPIO功能描述

根据数据手册中列出的每个 I/O 端口的特性，可通过软件将通用 I/O (GPIO) 端口的各个端口位分别配置为多种模式：

• 输入浮空

• 输入上拉

• 输入下拉

• 模拟

• 具有上拉或下拉功能的开漏输出

• 具有上拉或下拉功能的推挽输出

• 具有上拉或下拉功能的复用功能推挽

• 具有上拉或下拉功能的复用功能开漏

每个 I/O 端口位均可自由编程，但 I/O 端口寄存器必须按 32 位字、半字或字节进行访问。GPIOx_BSRR 寄存器和 GPIOx_BRR 寄存器旨在实现对 GPIOx_ODR 寄存器进行原子读取/修改访问。这样便可确保在读取和修改访问之间发生中断请求也不会有问题。

图 18 和图 19 分别显示了标准和 5 V 容限 I/O 端口位的基本结构。表 32 给出了可能的端口位配置方案。

图 18. I/O 端口位的基本结构

图 19. 5V 容限 I/O 端口位的基本结构

表32. 端口位配置表

电梯直达

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天南地北客

发表于: 2015-11-30 22:26:18 | 显示全部楼层

沙发

9.3.1 通用I/O（GPIO）

在复位期间及复位刚刚完成后，复用功能尚未激活，大多数 I/O 端口被配置为输入浮空模式。

复位后，调试引脚处于复用功能上拉/下拉状态：

• PA15：JTDI 处于上拉状态

• PA14：JTCK/SWCLK 处于下拉状态

• PA13：JTMS/SWDAT处于上拉状态

• PB4：NJTRST 处于上拉状态

• PB3：JTDO 处于浮空状态

当引脚配置为输出后，写入到输出数据寄存器 (GPIOx_ODR) 的值将在 I/O 引脚上输出。可以在推挽模式下或开漏模式下使用输出驱动器（仅驱动低电平，高电平为高阻态）。

输入数据寄存器 (GPIOx_IDR) 每隔 1 个 AHB 时钟周期捕获一次 I/O 引脚的数据。

所有 GPIO引脚都具有内部弱上拉及下拉电阻，可根据 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值来打开/关闭。

9.3.2 I/O 引脚复用功能复用器和映射

器件 I/O引脚通过一个复用器连接到板载外设/模块，该复用器一次仅允许一个外设的复用功能 (AF) 连接到 I/O 引脚。这可以确保共用同一个 I/O 引脚的外设之间不会发生冲突。

每个 I/O 引脚都有一个复用器，该复用器采用多达 16 路复用功能输入（AF0 到 AF15），可通过 GPIOx_AFRL（针对引脚 0 到 7）和 GPIOx_AFRH（针对引脚 8 到 15）寄存器对这些输入进行配置：

• 复位后，复用器选择为复用功能 0 (AF0)。在复用模式下通过 GPIOx_MODER 寄存器配置 I/O。

• 器件数据手册中详细说明了每个引脚的特定复用功能分配。

除了这种灵活的 I/O 复用架构之外，各外设还可以将复用功能映射到不同 I/O 引脚，这可以优化小型封装中可用外设的数量。

要将 I/O 配制成所需功能，必须按照以下步骤操作：

• 调试功能：每个器件复位后，立即将这些引脚分配为可由调试主机使用的复用功能引脚。

• GPIO：在 GPIOx_MODER 寄存器中将所需 I/O 配置为输出、输入或模拟通道。

• 外设复用功能：

– 在 GPIOx_AFRL 或 GPIOx_AFRH 寄存器中，将 I/O 连接到所需的 AFx。

– 通过 GPIOx_OTYPER、GPIOx_PUPDR 和 GPIOx_OSPEEDER 寄存器，分别选择类型、上拉/下拉以及输出速度。

– 在 GPIOx_MODER 寄存器中将所需 I/O 配置为复用功能。

• 其它功能：

– 对于 ADC、DAC、OPAMP 和 COMP，在 GPIOx_MODER 寄存器中将所需 I/O 配置为模拟模式，并在 ADC 、DAC、OPAMP和 COMP 寄存器中配置所需功能。对于ADC，需要配置GPIOx_ASCR 寄存器。

– 对于 RTC、WKUPx 和振荡器的其它功能，在相关的 RTC、PWR 和 RCC 寄存器中配置所需功能。这些功能优先于标准 GPIO 寄存器中的配置。

有关复用功能 I/O 引脚映射的详细信息，请参见器件数据手册中的“复用功能映射”表。

9.3.3 I/O 端口数据寄存器

每个GPIO端口有4个32位存储器映射的控制寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR、GPIOx_PUPDR），可配置多达16个 I/O。GPIOx_MODER 寄存器用于选择 I/O 模式（输入、输出、AF、模拟）。GPIOx_OTYPER 和 GPIOx_OSPEEDR 寄存器用于选择输出类型（推挽或开漏）和速度。无论采用哪种 I/O 方向，GPIOx_PUPDR 寄存器都用于选择上拉/下拉。

9.3.4 I/O 端口数据寄存器

每个 GPIO 都具有 2 个 16 位数据寄存器：输入和输出数据寄存器（GPIOx_IDR 和GPIOx_ODR）。GPIOx_ODR 用于存储待输出数据，可对其进行读/写访问。通过 I/O 输入的数据存储到输入数据寄存器 (GPIOx_IDR) 中，它是一个只读寄存器。

有关寄存器说明的详细信息，请参见第 9.4.5节：GPIO 端口输入数据寄存器 (GPIOx_IDR)(x = A..K)和第9.4.6节：GPIO端口输出数据寄存器 (GPIOx_ODR) (x = A..K)。

9.3.5 I/O 数据位操作

置位复位寄存器 (GPIOx_BSRR) 是一个 32 位寄存器，它允许应用程序在输出数据寄存器(GPIOx_ODR) 中对各个单独的数据位执行置位和复位操作。置位复位寄存器的大小是GPIOx_ODR 的二倍。

GPIOx_ODR 中的每个数据位对应于 GPIOx_BSRR 中的两个控制位：BS(i) 和 BR(i)。当BS(i) 位写入 1 时，其会置位对应的 ODR(i) 位。当BR(i) 位写入 1 时，其会复位 ODR(i) 对应的位。

在 GPIOx_BSRR 中向任何位写入 0 都不会对 GPIOx_ODR 中的对应位产生任何影响。如果在 GPIOx_BSRR 中同时尝试对某个位执行置位和复位操作，则置位操作优先。

使用 GPIOx_BSRR 寄存器更改 GPIOx_ODR 中各个位的值是一个“单次”操作，不会锁定GPIOx_ODR 位。随时都可以直接访问 GPIOx_ODR 位。GPIOx_BSRR 寄存器提供了一种执行原子按位处理的方法。

在对 GPIOx_ODR 进行位操作时，软件无需禁止中断：在一次原子 AHB 写访问中，可以修改一个或多个位。

9.3.6 GPIO锁定机制

通过将特定的写序列应用到GPIOx_LCKR寄存器，可以冻结GPIO控制寄存器。冻结的寄存器包括GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR、GPIOx_PUPDR、GPIOx_AFRL和GPIOx_AFRH。

要对GPIOx_LCKR寄存器执行写操作，必须应用特定的写/读序列。当正确的LOCK序列应用到此寄存器的第16位后，会使用LCKR[15:0]的值来锁定I/O的配置（在写序列期间，LCKR[15:0] 的值必须相同）。将LOCK序列应用到某个端口位后，在执行下一次MCU复位或外设复位之前，将无法对该端口位的值进行修改。每个GPIOx_LCKR位都会冻结控制寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR、GPIOx_PUPDR、GPIOx_AFRL 和 GPIOx_AFRH）中的对应位。

LOCK 序列（参见第 9.4.8节：GPIO端口配置锁定寄存器 (GPIOx_LCKR) (x = A..K)）只能通过对GPIOx_LCKR寄存器进行字（32位长）访问的方式来执行，因为 GPIOx_LCKR 的第16位必须与 [15:0]位同时置位。

有关详细信息，请参见第 9.4.8节：GPIO 端口配置锁定寄存器 (GPIOx_LCKR) (x = A..K) 中的 LCKR 寄存器说明。

9.3.7 I/O复用功能输入/输出

有两个寄存器可用来从每个I/O可用的复用功能输入/输出中进行选择。借助这些寄存器，可根据应用程序的要求将某个复用功能连接到其它某个引脚。

这意味着可使用GPIOx_AFRL和GPIOx_AFRH复用功能寄存器在每个GPIO上复用多个可用的外设功能。这样一来，应用程序可为每个I/O选择任何一个可用功能。由于AF选择信号由复用功能输入和复用功能输出共用，所以只需为指定I/O的复用功能输入/输出选择一个通道即可。

要了解在每个GPIO引脚上复用了哪些功能，请参见器件数据手册。

9.3.8 外部中断线/唤醒线

所有端口都具有外部中断功能。要使用外部中断线，必须将端口配置为输入模式。请参见第11节：外部中断和事件控制器(EXTI)和第11.3节：唤醒事件管理。

9.3.9 输入配置

对I/O端口作为输入进行编程时：

• 输出缓冲器被禁止

• 施密特触发器输入被打开