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【STM32】GPIO

news 来源：原创 2025/7/27 18:09:15

目录

    • 1、什么是GPIO
    • 2、什么是GPIO组
    • 3、GPIO的基本结构
    • 4、GPIO位结构
    • 5、GPIO八种工作模式
    • 6、GPIO相关寄存器
      • 1. 端口配置低寄存器`GPIO[x]_CRL`和端口配置高寄存器`GPIO[x]_CRH`, Config Register High和Config Register Low)
      • 2. 端口输入数据寄存器(GPIO[x]_IDR)
      • 3. 端口输出数据寄存器`GPIO[x]_ODR`, Output Data Register
      • 4. 端口位设置/清除寄存器`GPIO[x]_BSRR` Bit Set Reset Register
      • 5. 端口位清除寄存器`GPIO[x]_BRR`, Bit Reset Regsiter
      • 6、影子寄存器

1、什么是GPIO

GPIO(General Purpose Input/Output通用输入输出 )

通用输入输出 的缩写，是微控制器（MCU）或处理器中用于与外部设备或电路进行交互的 基本硬件接口。

如果某一个引脚支持GPIO功能, 则可以将其配置为输入或者输出.

  • 数字输入：接收高电平（1）或低电平（0）信号。
    • 典型如按钮输入, 将按钮连接到 GPIO 输入引脚，微控制器可以读取按钮按下或松开的状态。
  • 输出模式：输出高电平（1）或低电平（0）信号。
    • 典型的LED控制, 将 LED 连接到 GPIO 输出引脚，通过设置引脚的电平来控制 LED 的开关。

2、什么是GPIO组

STM32 的 GPIO 端口通常命名为 GPIOA、GPIOB、GPIOC … 依次类推，每个端口最多包含 16 个引脚，编号从 0 到 15：

  • GPIOA: PA0 ~ PA15
  • GPIOB: PB0 ~ PB15
  • GPIOC: PC0 ~ PC15
  • …

并非所有组的所有编号都可用, 需要查看手册
在这里插入图片描述
我的来自stm32F103VET6的原理图

3、GPIO的基本结构

在这里插入图片描述

4、GPIO位结构

在这里插入图片描述

5、GPIO八种工作模式

  • 输入模式

    • 输入浮空（Floating Input）

      • 特点：引脚无内部上拉或下拉电阻，仅作为输入，悬空时状态不确定，容易受到干扰。

      • 适用场景：需要外部电路（如 按键、传感器）来确定电平，或用于复用功能（如 USART RX）。

    • 输入上拉（Input Pull-Up）**

      • 特点：内部连接 上拉电阻，默认状态为 高电平（1），外部需要拉低才能改变状态。
      • 适用场景：按键检测（常见的 低电平触发按键）。

    • 输入下拉（Input Pull-Down）

      • 特点：内部连接 下拉电阻，默认状态为 低电平（0），外部需要拉高才能改变状态。
      • 适用场景：按键检测（常见的 高电平触发按键）。

    • 模拟输入（Analog Input）

      • 特点：引脚连接到 ADC（模数转换器），无数字输入特性，可接收 模拟信号。
      • 适用场景：ADC（模拟传感器、电位器） 输入信号。

  • 输出模式

    • 开漏输出（Open-Drain Output）

      • 特点：只能输出 低电平（0） 或 高阻态（Hi-Z），需要外部上拉电阻才能输出高电平（1）。

      • 适用场景：适用于多个设备共享信号线。

        • I2C 通信（总线仲裁机制需要开漏）。
        • 驱动大电流外设（如 LED、继电器，上拉到 5V 或更高电压）。

    • 推挽式输出（Push-Pull Output）

      • 特点：可以直接输出 高电平（1）或低电平（0），不需要额外的上拉电阻，驱动能力强。

      • 适用场景：

        • 普通数字信号输出（控制 LED、继电器）。
        • 高速信号输出（如 SPI、USART TX）。

  • 复用模式

    • 推挽式复用功能（Alternate Function Push-Pull）

      • 特点 ：引脚用于 外设功能（如 USART、SPI、I2C），输出方式为 推挽模式，能提供稳定的高/低电平。
      • 适用场景：USART TX、SPI、PWM 输出。

    • 开漏复用功能（Alternate Function Open-Drain）

      • 特点：引脚用于 外设功能，输出方式为 开漏模式，通常需要 外部上拉。
      • 适用场景：
        • I2C（SDA、SCL） 需要 开漏 以支持多主机通信。
        • 某些低功耗通信 场景。
模式默认状态是否需要外部电阻主要用途
输入浮空悬空可能需要接受外部信号，无内部上拉/下拉
输入上拉高电平（1）无按键检测（低电平触发）
输入下拉低电平（0）无按键检测（高电平触发）
模拟输入模拟信号无ADC 采样
开漏输出高阻需要上拉电阻I2C 总线、驱动高电压负载
推挽输出0/1无直接驱动 LED、继电器等
推挽复用0/1无SPI、USART TX、PWM
开漏复用高阻需要上拉电阻I2C（SDA/SCL）

6、GPIO相关寄存器

1. 端口配置低寄存器GPIO[x]_CRL和端口配置高寄存器GPIO[x]_CRH, Config Register High和Config Register Low)

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • bit位说明:

    • 每四个bit位决定一个端口的状态
    • 每个寄存器共32bit, 可以决定8个端口的状态
    • 每个端口组需要两个寄存器来配置, 也就是每个端口组都有一个CRL和CRH寄存器
    • 寄存器为RW权限

  • 低两位**MODE[y](mode=模式)**决定输入和输出状态, 以及输出速率(速率越高, 功耗越高, 波形越不平滑)

    • 00: 输入
    • 01: 输出10MHz
    • 10: 输出2MHz
    • 11: 输出50MHz

  • 高两位**CNF[y](CNF=config配置)**决定具体模式

    • 输入模式
      • 00: 模拟输入
      • 01: 输入浮空
      • 10: 上拉下拉
      • 11: 保留
    • 输出模式
      • 00: 通用推挽
      • 01: 通用开漏
      • 10: 复用推挽
      • 11: 复用开漏

2. 端口输入数据寄存器(GPIO[x]_IDR)

在这里插入图片描述

  • 说明:
    • 每一个寄存器bit记录了一个端口的输入状态
    • 每个端口组需要最多16个bit, 因此只需要IDR的低16bit就可以了
    • 寄存器为R权限
  • bit值为1说明输入为高
  • bit值为0说明输入为低

3. 端口输出数据寄存器GPIO[x]_ODR, Output Data Register

在这里插入图片描述

  • 同输入类似,RW权限

4. 端口位设置/清除寄存器GPIO[x]_BSRR Bit Set Reset Register

在这里插入图片描述

  • 同样可以实现拉高拉低输出的效果, 但是权限是W
  • 低16bit写入1, 会拉高某个引脚
  • 高16bit写入1, 会拉低某个引脚
  • 写入0, 不会影响其他引脚

5. 端口位清除寄存器GPIO[x]_BRR, Bit Reset Regsiter

在这里插入图片描述

  • 同BSRR, 权限同样是W, 但是只能拉低
  • 低16bit写入1, 会拉低某个引脚
  • 低16bit写入0, 不起作用
  • 高16bit不起作用

相关术语:

  • Set = 将输出设置为高电平 = 拉高 = 置位 = 置为1 = 输出1 = 使能
  • Reset = 将输出设置为低电平 = 拉低 = 复位 = 置为0 = 输出0 = 禁用

输出相关的寄存器逻辑:

  • 正常来说, ODR可以直接控制某个引脚高低

    // 正确的操作方式, 注意操作符是 |= 和 &=
GPIOA->ODR |= (1 << 5);  // 拉高 PA5
GPIOA->ODR &= ~(1 << 5); // 拉低 PA5

  • 但是对ODR直接操作, 可能有意无意修改到其他引脚的状态

    GPIOA->ODR = (1 << 5);// 此时PA5被置为1, 但是PA的其他端口被置为0

  • STM32于是设置了一个BSRR寄存器, 操作BSRR可以间接控制端口

    GPIOA->BSRR = (1 << 5);// 此时PA5被置为1, 其他端口不受影响
GPIOA->BSRR = (1 << (5 + 16)); // // 此时PA5被置为0, 其他端口不受影响

  • BSRR对于拉高的操作比较方便 , 某组BSRR = (1 << 引脚编号);即可, 但是拉低操作稍显复杂, 需要使用某组BSRR = (1 << (引脚编号 + 16));来操作, 于是又设置了一个BRR, 专门用来简化拉低操作

    GPIOA->BSRR = (1 << 5); // 用BSRR来拉高引脚
GPIOA->BRR = (1 << 5); // 用BRR拉低引脚

6、影子寄存器

BSRR和BRR实际都是一种叫做影子寄存器Shadow Register的寄存器类型

影子寄存器在硬件上实际没有真正对应的寄存器, 硬件会自动将对影子寄存器的操作转换为对其他寄存器的操作, 所以大多数影子寄存器写1和0都不用考虑之后其状态如何, 是否需要复位和置位等, 对影子寄存器的每次操作都是独立的, 不受前后代码影响

影子寄存器通常只能写

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IET Microwaves Antennas & Propagation的新特刊&#xff1a;《天线与超材料的设计、合成、仿真与实验》 学科领域&#xff1a; 工程技术-电子与电气, 计算机 期刊类型&#xff1a; SCI/SSCI/AHCI 收录数据库&#xff1a; SCI(SCIE) ISSN&#xff1a; 1751-8725 中科院…...

编程日记 2025/7/27 5:04:07

【开源宝藏】30天学会CSS - DAY9 第九课 牛顿摆动量守恒动画

以下是一份逐步拆解教程&#xff0c;带你从零理解并复刻这个牛顿摆&#xff08;Pendulum of Newton&#xff09;动画效果&#xff0c;这是一个经典的物理演示模型&#xff0c;现在通过纯 HTML 和 CSS 实现出来&#xff0c;视觉效果炫酷、结构简洁。 &#x1f3af; 动画效果说明…...

编程日记 2025/7/23 14:18:34

对三维物体模型的阈值操作

对三维物体模型的阈值操作 1. 使用point_coord_x、point_coord_y、point_coord_z阈值分割麻辣兔头2. point_normal_x、point_normal_y、point_normal_z有什么区别&#xff1f;3. 去除离群点 1. 使用point_coord_x、point_coord_y、point_coord_z阈值分割麻辣兔头 dev_open_win…...

编程日记 2025/7/18 10:31:30

【Unity网络编程知识】使用Socket实现简单TCP通讯

1、Socket的常用属性和方法 创建Socket TCP流套接字 Socket socketTcp new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); 1.1 常用属性 1&#xff09;套接字的连接状态 socketTcp.Connected 2&#xff09;获取套接字的类型 socketTcp.So…...

编程日记 2025/7/11 22:16:38

简记_单片机硬件最小系统设计

以STM32为例&#xff1a; 一、电源 1.1、数字电源 IO电源&#xff1a;VDD、VSS&#xff1a;1.8~3.6V&#xff0c;常用3.3V&#xff0c;去耦电容1 x 10u N x 100n &#xff1b; 内核电源&#xff1a;内嵌的稳压器输出&#xff1a;1.2V&#xff0c;给内核、存储器、数字外设…...

编程日记 2025/7/25 23:44:17

Android Launcher实战：完美复刻iOS风格Hotseat布局优化

一、需求背景与效果呈现 在Android 13系统深度定制过程中&#xff0c;原生Launcher的Hotseat布局因视觉效果平庸需要进行UI重构。产品团队要求仿照iOS系统设计&#xff0c;实现以下核心特性&#xff1a; 取消传统横屏铺满效果 采用居中显示布局方案 支持圆角背景与智能边距调…...

编程日记 2025/7/24 9:35:00

2025-3-25算法打卡

一&#xff0c;走迷宫 1.题目描述&#xff1a; 给定一个 NMNM 的网格迷宫 GG。GG 的每个格子要么是道路&#xff0c;要么是障碍物&#xff08;道路用 11 表示&#xff0c;障碍物用 00 表示&#xff09;。 已知迷宫的入口位置为 (x1,y1)(x1​,y1​)&#xff0c;出口位置为 (x…...

编程日记 2025/7/22 2:21:55

Python：进程的常用方法，注意细节，进程线程对比

进程常用方法&#xff1a; start()&#xff1a;启动进程实例 is_alive()&#xff1a;判断子进程的存活状态&#xff0c;返回True或False&#xff0c;子进程执行完后的状态为False join([timeout])&#xff1a;是否等待子进程执行结束(在当前位置阻塞主进程)主进程等子进程多长…...

编程日记 2025/7/23 12:10:45