理解STM32的八种输入输出模式


注:本文属博主学习时所作笔记,内容源大参考于野火的《零死角玩转STM32F103》以及部分网络资料,笔记内容仅作为自己参考,免去频繁查询参考手册的麻烦,如有错误,还请指出!

输入模式

  • 上拉输入(GPIO_Mode_IPU)

    上拉即把电位提高,也就是在信号进入芯片后加上一个上拉电阻,将不确定的信号锁在高电位,同时电阻还起到了限流的作用。

  • 下拉输入(GPIO_Mode_IPD)

    下拉同理

  • 模拟输入(GPIO_Mode_AIN)

    信号进入后不经过上拉电阻或者下拉电阻,关闭施密特触发器,经由另一线路把电压信号传送到片上外设模块。

  • 浮空输入(GPIO_Mode_IN_FLOATING)

    信号进入芯片内部后,既没有接上拉电阻也没有接下拉电阻,经由触发器输入。

    配置成这个模式后,用电压变量引脚电压为1点几伏,这是个不确定值,完全由外部的输入决定,一般接按键的时候用的是这个模式。由于其输入阻抗比较大,一般也可以把这种模式用于标准的通讯协议,比如IIC、USART等。 如果在该引脚悬空(在无信号输入)的情况下,读取该端口的电平是不确定的。

输出模式

  • 普通推挽输出(GPIO_Mode_Out_PP)

    推挽输出模式下,通过配置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值,途经P-MOS管和N-MOS管,最终输出到I/O端口。这里要注意P-MOS管和N-MOS管,

    当设置输出的值为高电平的时候,P-MOS管处于开启状态,N-MOS管处于关闭状态,此时I/O端口的电平就由P-MOS管决定:高电平;

    当设置输出的值为低电平的时候,P-MOS管处于关闭状态,N-MOS管处于开启状态,此时I/O端口的电平就由N-MOS管决定:低电平。

    同时,I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取;注意,此时I/O端口的电平一定是输出的电平。

  • 复用推挽输出(GPIO_Mode_AF_PP)

    推挽复用输出模式,与推挽输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源,不是让CPU直接写输出数据寄存器,取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。

  • 普通开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD)

    开漏输出模式下,通过配置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值,途经N-MOS管,最终输出到I/O端口。这里要注意N-MOS管,当设置输出的值为高电平的时候,N-MOS管处于关闭状态,此时I/O端口的电平就不会由输出的高低电平决定,而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定;当设置输出的值为低电平的时候,N-MOS管处于开启状态,此时I/O端口的电平就是低电平。同时,I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取;注意,I/O端口的电平不一定是输出的电平。

  • 复用开漏输出(GPIO_Mode_AF_OD)

    开漏复用输出模式,与开漏输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源,不是让CPU直接写输出数据寄存器,取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。

难点分析

  • 推挽结构和推挽电路

    推挽结构一般是指两个参数相同的三极管或MOS管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管或MOS管导通的时候另一个截止。高低电平由输出电平决定。

    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。

  • 开漏输出和推挽输出的区别

    • 开漏输出:只可以输出强低电平,高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极。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);
    • 推挽输出:可以输出强高、低电平,连接数字器件。

该图中左边的便是推挽输出模式,其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止,而上面NPN三极管导通,输出电平VS+;当比较器输出低电平时则恰恰相反,PNP三极管导通,输出和地相连,为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式,需要接上拉。

  • STM32中选用怎样选择I/O模式
    • 浮空输入IN_FLOATING ——浮空输入,可以做KEY识别,RX1_
    • 带上拉输入IPU——IO内部上拉电阻输入
    • 带下拉输入IPD—— IO内部下拉电阻输入
    • 模拟输入AIN ——应用ADC模拟输入,或者低功耗下省电
    • 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
    • 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
    • 复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能(I2C的SCL、SDA)
    • 复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能(TX1、MOSI、MISO.SCK.SS)

文章作者: Mahoo Huang
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