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GPIO

一、簡(jiǎn)介

可配置為4種輸入模式、4種輸出模式

引腳電平0~3.3V，部分可以容忍5V

輸出模式下可控制端口輸出高低電平，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

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、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

二、基本結(jié)構(gòu)

每一個(gè)GPIO口都由寄存器和驅(qū)動(dòng)器組成，寄存器的每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)引腳，內(nèi)核可以通過(guò)APB2總線對(duì)寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)，輸出（輸入）寄存器寫(xiě)1引腳輸出（輸入）高電平，輸出（輸入）寄存器寫(xiě)0引腳輸出（輸入）低電平，因?yàn)镾TM32是32位的單片機(jī)，而引腳只有16個(gè)，所以寄存器只有低16位有對(duì)應(yīng)的端口，驅(qū)動(dòng)器用來(lái)增大驅(qū)動(dòng)能力，寄存器只存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

三、輸入輸出模式

一個(gè)端口只能有一個(gè)輸出，但可以有多個(gè)輸入，所以在輸入時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)器是關(guān)閉的，在輸出時(shí)，輸入驅(qū)動(dòng)器是開(kāi)啟的

當(dāng)最右邊I/O引腳輸入高于VDD電壓時(shí)，上方保護(hù)二極管被導(dǎo)通，電流進(jìn)入不到電路中
當(dāng)最右邊I/O引腳輸入低于VSS電壓時(shí)，下方保護(hù)二極管被導(dǎo)通，電流進(jìn)入不到電路中
所以可輸入的電流范圍在VSS~VDD

不管是輸入輸出模式，都會(huì)涉及到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，輸入部分是通過(guò)觸發(fā)器和輸入數(shù)據(jù)寄存器，輸出部分是通過(guò)MOS管和輸出控制

1、輸入模式

上半部分是輸入電路

（1）上拉輸入

上拉輸入和下拉輸入都是通過(guò)stm32控制的，可以自己決定上拉、下拉、浮空，并且上拉電阻和下拉電阻的阻值都很大，所以對(duì)電路的影響不是很大

上拉輸入就是輸入驅(qū)動(dòng)器上方開(kāi)關(guān)接通，此時(shí)內(nèi)部連接上拉電阻，是一種默認(rèn)為高電平的輸入方式

在引腳輸入高電平時(shí)，輸入高電平，引腳輸入低電平時(shí)，輸入低電平：

引腳浮空（沒(méi)有輸入）時(shí)，輸入高電平：

然后通過(guò)觸發(fā)器，這里的觸發(fā)器作用是給信號(hào)整形，因?yàn)樵谳斎氲倪^(guò)程中信號(hào)可能會(huì)失真，
觸發(fā)器的作用：當(dāng)數(shù)據(jù)高于上閾值時(shí)輸出高電平，低于下閾值時(shí)輸出低電平，在中間晃悠的不變化

然后這個(gè)數(shù)據(jù)就寫(xiě)入輸入數(shù)據(jù)寄存器，由程序讀取寄存器某一位的數(shù)據(jù)就可以知道端口的輸入電平了

然后是復(fù)用功能輸入這根線連接到其他需要讀取端口狀態(tài)的外設(shè)上，接收數(shù)字量

（2）下拉輸入

下拉輸入就是輸入驅(qū)動(dòng)器下方開(kāi)關(guān)接通，此時(shí)內(nèi)部連接下拉電阻，是一種默認(rèn)為低電平的輸入方式

在引腳輸入高電平時(shí)，輸入高電平，引腳輸入低電平時(shí)，輸入低電平：

在引腳浮空時(shí)，輸入低電平：

（3）浮空輸入

當(dāng)上拉電阻和下拉電阻同時(shí)斷開(kāi)時(shí)，此時(shí)引腳處于浮空輸入狀態(tài)，此時(shí)輸入高電平為高電平，輸入低電平為低電平

當(dāng)引腳處于浮空狀態(tài)時(shí)，輸入不確定，任意稍微的影響都有可能導(dǎo)致輸入發(fā)生變化

小總結(jié)：不管是上拉輸輸入、下拉輸入還是浮空輸入，優(yōu)先保證I/O口的輸入如果為高電平（低電平），那么輸入一定是高電平（低電平），變化只是在引腳處為浮空輸入時(shí)有變化，我們一般使用浮空輸入（多數(shù)情況下）和上拉輸入（在有外界干擾的情況下），很少使用下拉輸入

當(dāng)使用浮空輸入時(shí)最好使用一個(gè)連續(xù)的驅(qū)動(dòng)，防止輸入浮空

（4）模擬輸入

接收模擬量，接到觸發(fā)器前邊，直接接收真實(shí)信號(hào)

2、輸出模式

下半部分是輸出電路

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)由輸出數(shù)據(jù)寄存器或外設(shè)控制，輸出數(shù)據(jù)寄存器控制輸出直接接普通I/O口，外設(shè)控制輸出則需要使用AFIO口，也就是復(fù)用功能IO口

輸出數(shù)據(jù)寄存器還接一個(gè)位設(shè)置/清除寄存器，用來(lái)隨時(shí)更改輸出數(shù)據(jù)寄存器的某一位上的值
通過(guò)將位設(shè)置寄存器某一位改為1（不需置輸出數(shù)據(jù)寄存器某一位為1的都為0），那么對(duì)應(yīng)的那一位的輸出數(shù)據(jù)寄存器的值就設(shè)置為1
通過(guò)將位清除寄存器的某一位改為1（不需置輸出數(shù)據(jù)寄存器某一位為0的都為0），那么對(duì)應(yīng)的那一位的輸出數(shù)據(jù)寄存器的值就設(shè)置為0

（1）推挽輸出

在推挽輸出模式下，P-MOS管、N-MOS管均可以使用
MOS管就相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)，只是這個(gè)開(kāi)關(guān)可以用來(lái)轉(zhuǎn)換信號(hào)
數(shù)據(jù)寄存器為1時(shí)，上管導(dǎo)通，下管斷開(kāi)，引腳直接接VDD，輸出高電平
數(shù)據(jù)寄存器為0時(shí)，上管斷開(kāi)，下管導(dǎo)通，引腳直接接VSS，輸出低電平

在推挽輸出模式下STM32對(duì)I/O口有絕對(duì)的控制權(quán)，高低電平的輸出都是由STM32決定的

（2）開(kāi)漏輸出

在開(kāi)漏輸出模式下，P-MOS管不可用，N-MOS管可用
數(shù)據(jù)寄存器為1時(shí)，下管斷開(kāi)，此時(shí)引腳處為高阻態(tài)（無(wú)驅(qū)動(dòng)能力）
數(shù)據(jù)寄存器為0時(shí)，下管導(dǎo)通，引腳接VSS，輸出低電平（有驅(qū)動(dòng)能力）

在引腳外接一個(gè)上拉電阻到5V的電源，當(dāng)輸出低電平時(shí)N-MOS接VSS，輸出高電平時(shí)，上拉電阻將電壓拉高至5V

（3）復(fù)用推挽輸出

同推挽輸出，不過(guò)是由外設(shè)控制的，不是數(shù)據(jù)寄存器控制的

（4）復(fù)用開(kāi)漏輸出

同開(kāi)漏輸出，不過(guò)是由外設(shè)控制的，不是數(shù)據(jù)寄存器控制的

EXIT外部中斷

一、中斷系統(tǒng)

在主程序運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)了特定的中斷觸發(fā)條件，也叫中斷源，使得CPU暫停當(dāng)前正在運(yùn)行的程序，去處理中斷程序，處理完成后再返回原來(lái)的位置繼續(xù)執(zhí)行主程序

當(dāng)有多個(gè)中斷源同時(shí)申請(qǐng)中斷時(shí)，CPU會(huì)先相應(yīng)優(yōu)先級(jí)更高的中斷源，優(yōu)先級(jí)是可以自己設(shè)置的

當(dāng)一個(gè)中斷程序正在運(yùn)行時(shí)，又有新的優(yōu)先級(jí)更高的中斷源申請(qǐng)中斷，CPU暫停當(dāng)前中斷程序，去處理該優(yōu)先級(jí)更高的中斷程序，處理完后返回該中斷程序

二、STM32中斷

STM32使用NVIC統(tǒng)一管理中斷，每個(gè)中斷通道有16個(gè)可編程的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)可再分為搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)

1、NVIC的基本結(jié)構(gòu)

在第一篇的博文里提到過(guò)外設(shè)表，外設(shè)表中的前兩個(gè)是內(nèi)核外設(shè)，NVIC就是一個(gè)內(nèi)核外設(shè)，是用來(lái)管理中斷的

每個(gè)中斷都可以直接連接到NVIC上，NVIC通過(guò)分配優(yōu)先級(jí)確定每個(gè)中斷的先后順序，它同一時(shí)間只會(huì)上交一個(gè)中斷給CPU，讓CPU處理中斷

2、NVIC優(yōu)先級(jí)分組

NVIC的中斷優(yōu)先級(jí)由優(yōu)先級(jí)寄存器的4位決定，這4位可以分為高n位的搶占優(yōu)先級(jí)和低4-n位的相應(yīng)優(yōu)先級(jí)，當(dāng)搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)均相同時(shí)按照中斷號(hào)排隊(duì)

搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)分為五組

組別（位數(shù)以及取值范圍）	搶占優(yōu)先級(jí)	相應(yīng)優(yōu)先級(jí)
0	0位，0	4位，0~15
1	1位，0~1	3位，0~7
2	2位，0~3	2位，0~3
3	3位，0~7	1位，0~1
4	4位，0~15	0位，0

三、EXTI簡(jiǎn)介

EXTI可以監(jiān)測(cè)指定GPIO的電平信號(hào)，當(dāng)電平變化時(shí)，EXTI向NVIC發(fā)出中斷申請(qǐng)

支持上升沿、下降沿、雙邊沿、軟件觸發(fā)
上升沿：電平由低電平變?yōu)楦唠娖降乃查g觸發(fā)中斷
下降沿：電平由高電平變?yōu)榈碗娖降乃查g觸發(fā)中斷
雙邊沿：上升沿和下降沿都可以觸發(fā)中斷
軟件觸發(fā)：程序代碼執(zhí)行觸發(fā)中斷

任意GPIO口都可以當(dāng)做外部中斷的引腳，但GPIO后邊跟的數(shù)字相同不能觸發(fā)中斷，這個(gè)數(shù)字叫做pin，也就是說(shuō)PA0和PB0不能同時(shí)做中斷引腳，如果需要多個(gè)中斷引腳的話pin值不能相同，原因是GPIO連接到AFIO上，起到中斷引腳選擇的作用，AFIO從pin值相同的通道里選擇一個(gè)接到EXTI邊沿檢測(cè)及控制電路上，一共選擇16個(gè)，也就是PA0、PB0、PC0只能有一個(gè)接到EXTI邊沿檢測(cè)及控制電路上，再加上PVD、RTC、USB、ETH四個(gè)特殊外設(shè)一共20個(gè)輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)EXTI分為兩種輸出：NVIC觸發(fā)中斷，其他外設(shè)觸發(fā)事件響應(yīng)

這里5 ~ 9、10 ~ 15整合到一條通道上了，一條通道上的觸發(fā)同一個(gè)中斷函數(shù)，在中斷函數(shù)里還需要標(biāo)志位才能區(qū)分到底是哪一個(gè)中斷進(jìn)來(lái)的

如果發(fā)生EXTI外部中斷，可以發(fā)生中斷響應(yīng)或者事件響應(yīng)，中斷響應(yīng)就是執(zhí)行中斷程序，事件響應(yīng)就是操作外設(shè)而不觸發(fā)中斷

四、EXTI實(shí)現(xiàn)

上方是總線和外設(shè)接口，輸入先遇到邊沿檢測(cè)電路，當(dāng)上升沿時(shí)上升沿觸發(fā)選擇寄存器為1，下降沿時(shí)下降沿觸發(fā)選擇寄存器為1，它們兩個(gè)只要有一個(gè)為1，邊沿檢測(cè)電路就可以為通路

之后遇到的這個(gè)元器件叫做或門(mén)，執(zhí)行邏輯或的操作，當(dāng)軟件中斷事件寄存器和邊沿檢測(cè)電路傳來(lái)的數(shù)據(jù)中有一個(gè)為1則為1，全為0則為0

然后線路分為兩路，左路對(duì)應(yīng)的是事件響應(yīng)，上路對(duì)應(yīng)的是中斷響應(yīng)

左路連接的元器件叫做與門(mén)，執(zhí)行邏輯與的操作，如果事件屏蔽寄存器和全為1則為1，有一個(gè)為0則為0，然后連接到脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器起到將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)的作用

上路連接請(qǐng)求掛起寄存器，可以通過(guò)讀取該寄存器知道是哪個(gè)通道觸發(fā)的中斷，如果該寄存器置1，就繼續(xù)往左走，與中斷屏蔽寄存器連接到一個(gè)與門(mén)上，最后連接到中斷控制器NVIC執(zhí)行中斷程序

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