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??不負(fù)時(shí)光，不負(fù)己??

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一.GPIO輸入

1.1GPIP簡(jiǎn)介

• GPIO「General Purpose Input Output」：通用輸入和輸出口
• 可配置為8種輸入和輸出模式
• 引腳電平：0V~3.3V，部分引腳可以容忍5V「在引腳分布圖中，帶FT的是可以容忍5V的」
• 輸出模式下可控制端口輸出高電平，用以驅(qū)動(dòng)LED，控制蜂鳴器，模擬通信協(xié)議輸出時(shí)序等「只要是用高低電平來(lái)使用控制的地方，都可以用GPIO來(lái)完成；如果是控制功率比較大的設(shè)備，只需要加入驅(qū)動(dòng)電路即可。我們還可以使用GPIO來(lái)模擬通信協(xié)議，比如I2C，SPI或者某個(gè)芯片特定的協(xié)議，我們都可以使用GPIO的輸出模式來(lái)模擬其中中輸出時(shí)序部分」

1.2GPIO基本結(jié)構(gòu)

• 在STM32中，所有的GPIO都是掛載在APB2外設(shè)總線上的，其中GPIO外設(shè)的名稱(chēng)是按照GPIOA，GPIOB，GPIOC等等這樣來(lái)命名的。

• 每個(gè)GPIO外設(shè)一共16個(gè)引腳，編號(hào)是從0到15，比如：GPIO的第0號(hào)引腳我們一般稱(chēng)之為PA0，接著就是PA1…一直到PA15

• 輸入模式下可讀取端口的高低電平或電壓，用于讀取按鍵輸入「這是最常見(jiàn)的一種方式」，外接模塊電平信號(hào)輸入，ADC電壓采集，模擬通信協(xié)議接收數(shù)據(jù)等等。

• 在每個(gè)GPIO的模塊內(nèi)，主要包含驅(qū)動(dòng)器和寄存器這些東西，寄存器就是一段特殊的存儲(chǔ)器，內(nèi)核可以通過(guò)APB2總線對(duì)寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)輸出電平和讀取電平的功能了。

• 寄存器的每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出引腳，其中輸出寄存器寫(xiě)1，對(duì)應(yīng)的引腳就會(huì)輸出高電平；寫(xiě)0，就會(huì)輸出低電平。輸入寄存器讀取為1，就證明對(duì)應(yīng)的端口目前是高電平，讀取為0，就是低電平

• 因?yàn)镾TM32是32位的單片機(jī)，所以STM32內(nèi)部都是32位的，但是這個(gè)端口只有16位，所以這個(gè)寄存器只有低16位對(duì)應(yīng)的有端口，高16位是沒(méi)有用到的

• 這個(gè)驅(qū)動(dòng)器是用來(lái)增加信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力的，寄存器只負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如果要用來(lái)點(diǎn)燈操作的話(huà)，還是要驅(qū)動(dòng)器來(lái)負(fù)責(zé)增大驅(qū)動(dòng)的能力的

1.3GPIO位結(jié)構(gòu)

• 上拉輸入，默認(rèn)是高電平的輸入模式，下拉輸入，默認(rèn)是低電平的輸入模式。這個(gè)上拉電阻和下拉電阻的阻值都是比較大的，是一種弱上拉和弱下拉，目的是不影響正常的輸入操作。
• 肖特基觸發(fā)器是翻譯錯(cuò)誤，正確的名字應(yīng)該是斯密特觸發(fā)器「作用是對(duì)輸入電壓進(jìn)行整形的」，這個(gè)觸發(fā)器的執(zhí)行邏輯是：如果收入電壓大于某一閾值，輸出就會(huì)瞬間升為高電平，如果輸入電壓小于某一閾值，輸出就會(huì)瞬間升為低電平?！概e個(gè)例子：因?yàn)檫@個(gè)引腳的波形是外界輸入的，雖然是數(shù)字信號(hào)，實(shí)際情況下可能會(huì)產(chǎn)生某些失真」
• 因?yàn)檫@個(gè)輸出寄存器同時(shí)控制機(jī)16個(gè)端口，并且這個(gè)寄存器只能整體的讀寫(xiě)，所以如果想單獨(dú)控制某一個(gè)端口而不影響其他端口的話(huà)就需要一些特殊的方式。第①種方式是先讀出這個(gè)寄存器，然后用按位與和按位或的方式更改某一位，最后再將更改后的數(shù)據(jù)寫(xiě)回去，在C語(yǔ)言中就是&=和|=的操作，這種方式比較麻煩，效率不高，對(duì)于IO的話(huà)，操作的效率不高。第②種方式是通過(guò)設(shè)置這個(gè)位設(shè)置和位清除寄存器，如果我們要對(duì)某一位進(jìn)行置1的操作，在位設(shè)置的寄存器的對(duì)應(yīng)的位寫(xiě)1即可，剩下不需要操作的位寫(xiě)0，這樣他內(nèi)部就會(huì)有電路，自動(dòng)將輸出寄存器中對(duì)應(yīng)的位置寫(xiě)1，而剩下寫(xiě)0的位則保持不變。如果想對(duì)某一位進(jìn)行清0操作，在清除寄存器對(duì)應(yīng)的位寫(xiě)1即可。第二種方式就是利用這個(gè)位設(shè)置和位清除寄存器的作用。第③種方式就是讀寫(xiě)STM32中的位帶區(qū)域,這個(gè)位帶的作用就和STM32中的位尋址的作用差不多，在STM32中，有一段區(qū)域映射了RAM和外設(shè)寄存器所有的位，讀寫(xiě)這段地址中的區(qū)域，就相當(dāng)于讀寫(xiě)所映射位置的某一位一樣
• 在接下來(lái)輸出控制之后，就接在了兩個(gè)MOS管上，上面是P-MOS，下面是N-MOS。這個(gè)MOS管就是一種電子開(kāi)關(guān)，我們的信號(hào)負(fù)責(zé)導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)閉，開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)將IO口接到VDD和VSS，在這里可以選擇推挽開(kāi)漏和關(guān)閉三種輸出方式，①在推挽模式下：P—–MOS和N-MOS都打開(kāi)，數(shù)據(jù)寄存器為1時(shí)，上管導(dǎo)通，下管斷開(kāi)，輸入寄存器直接接住VDD，就是就是輸出高電平，輸出寄存器為0時(shí)，上管導(dǎo)通，下管斷開(kāi)，輸出寄存器直接接到VSS，就是輸出低電平，這種模式下高低電平均有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，所以推挽輸出模式也可以叫做強(qiáng)推輸出模式，在推挽輸出模式下，STM32對(duì)IO口有絕對(duì)的控制權(quán)，高低電平都對(duì)STM32說(shuō)的算，②在開(kāi)漏模式下，這個(gè)P-MOS是無(wú)效的，只有N-MOS在工作，數(shù)據(jù)寄存器為1時(shí)，下管斷開(kāi)，這時(shí)輸出寄存器相當(dāng)于斷開(kāi)，這就是高阻模式；數(shù)據(jù)寄存器為0時(shí)，下管導(dǎo)通，輸出直接接到VSS，也就是輸出低電平，這種模式下，只有低電平有驅(qū)動(dòng)能力，高電平是沒(méi)有驅(qū)動(dòng)能力的，這個(gè)開(kāi)漏模式有什么用呢？這個(gè)開(kāi)漏模式可以作為通信協(xié)議的驅(qū)動(dòng)方式，比如I2C通信的引腳，就是使用的是開(kāi)漏沒(méi)事，在多機(jī)通信的模式下，這種模式可以避免多個(gè)設(shè)備之間互相干擾，開(kāi)漏模式還可以用于輸出5V的電平信號(hào)，用于兼容一些5V的通信設(shè)備

1.4GPIO的八種模式

通過(guò)配置GPIO的端口配置寄存器，端口可以配置成以下幾種模式：

模式編號(hào)	模式名稱(chēng)	描述
0	輸入浮空 (Input Floating)	GPIO引腳被配置為高阻態(tài)，既不拉高也不拉低，適合用于檢測(cè)外部電平變化。
1	輸入上拉 (Input Pull-up)	內(nèi)部上拉電阻使引腳在沒(méi)有外部信號(hào)時(shí)呈現(xiàn)高電平。
2	輸入下拉 (Input Pull-down)	內(nèi)部下拉電阻使引腳在沒(méi)有外部信號(hào)時(shí)呈現(xiàn)低電平。
3	輸出推挽 (Output Push-Pull)	引腳可以主動(dòng)驅(qū)動(dòng)高電平或低電平，適用于驅(qū)動(dòng)LED等負(fù)載。
4	輸出開(kāi)漏 (Output Open-Drain)	引腳只能主動(dòng)拉低，需要外部上拉電阻來(lái)提供高電平。
5	復(fù)用推挽 (Alternate Function Push-Pull)	將引腳配置為復(fù)用功能，如UART、I2C等，并以推挽方式輸出。
6	復(fù)用開(kāi)漏 (Alternate Function Open-Drain)	將引腳配置為復(fù)用功能，如UART、I2C等，并以開(kāi)漏方式輸出。
7	模擬 (Analog)	引腳被配置為模擬輸入，用于ADC等模擬信號(hào)處理。

每種模式都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景，選擇正確的模式對(duì)于確保電路正確工作至關(guān)重要。例如，如果要使用GPIO引腳作為數(shù)字輸入來(lái)讀取按鈕狀態(tài)，可以選擇輸入上拉或下拉模式；如果要用作LED驅(qū)動(dòng)，則輸出推挽模式可能是更好的選擇。對(duì)于像I2C這樣的通信協(xié)議，通常會(huì)使用輸出開(kāi)漏或復(fù)用開(kāi)漏模式，因?yàn)檫@些協(xié)議通常需要外部上拉電阻來(lái)確?？偩€處于正確的電平。

1.4.1浮空/上拉/下拉輸入

在輸入模式下，輸出功能關(guān)閉

1.4.2 模擬輸入

模擬輸入：ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器的專(zhuān)屬配置，其他時(shí)候一般用不到模擬輸入

1.4.3 推挽輸出\開(kāi)漏輸出

• 開(kāi)漏輸出：可輸出引腳電平，高電平為高阻態(tài)，低電平接VSS，高電平?jīng)]有驅(qū)動(dòng)能力
• 推挽輸出：可輸出引腳電平，高電平接VDD，低電平接VSS，高低電平均有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力

在輸出模式下：也是可以進(jìn)行輸入的

引腳的控制權(quán)轉(zhuǎn)移到了片上外設(shè)，由片上外設(shè)來(lái)控制，在輸入部分，片上外設(shè)也可以讀取引腳的電平，同時(shí)普通的輸入也是有效的，順便接收一下信號(hào)

在GPIO的八種模式中，除了模擬信號(hào)這個(gè)模式會(huì)關(guān)閉數(shù)字的輸入功能，在其他的7個(gè)模式中，所有的輸入都是有效的

二.GPIO輸入

2.1.按鍵介紹

• 按鍵：常見(jiàn)的輸入設(shè)備，按下導(dǎo)通，松手?jǐn)嚅_(kāi)。
• 按鍵抖動(dòng)：由于按鍵內(nèi)部使用的是機(jī)械式的彈簧片來(lái)進(jìn)行通斷的，所以在按下和松手的瞬間會(huì)伴隨有一連串的抖動(dòng)

所以我們要對(duì)這個(gè)抖動(dòng)進(jìn)行過(guò)濾，否則就會(huì)出現(xiàn)按鍵按一下，單片機(jī)會(huì)反應(yīng)多次的現(xiàn)象。另外在按鍵松手時(shí)，也會(huì)有抖動(dòng)的現(xiàn)象，這個(gè)我們?cè)诔绦蛑幸惨獙W(xué)會(huì)過(guò)濾。最簡(jiǎn)單的過(guò)濾方法就是加一段延時(shí)，把震蕩的一段時(shí)間給延時(shí)過(guò)去

2.2傳感器模塊介紹

傳感器模塊:傳感器元件(光敏電阻/熱敏電阻/紅外接收管等)的電阻會(huì)隨外界模擬量的變化而變化，通過(guò)與定值電阻分壓即可得到模擬電壓輸出，再通過(guò)電壓比較器進(jìn)行二值化即可得到數(shù)字電壓輸出

2.3按鍵電路

• 在第一幅圖中，必須要求PA0是上拉輸入模式，否則就會(huì)出現(xiàn)引腳不確定的情況，引腳懸空的情況下，就是高電平，
• 在第二副圖中，引腳需要配置成上拉輸入或者浮空輸入，對(duì)應(yīng)的高電平就更加的穩(wěn)定，這樣的話(huà)，當(dāng)引腳強(qiáng)行拉到低時(shí)，對(duì)應(yīng)的損耗就會(huì)大一些
• 第三個(gè)圖中，要求PA0必須配置成下拉輸入模式，當(dāng)按鍵按下時(shí)，引腳為高電平，松手時(shí)，引腳回到默認(rèn)低電平，一般的單片機(jī)不一定有下拉輸入模式，
• 在第四個(gè)圖中，PA0需要配置為下拉輸入模式或者浮空輸入模式