【STM32】GPIO概述

00. 目录

01. GPIO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）、1 个 32 位置位/复位寄存器 (GPIOx_BSRR)、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）。

02. GPIO主要特性

● 受控 I/O 多达 16 个
● 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 配置
● 模拟功能
● 复用功能输入/输出选择寄存器（一个 I/O 最多可具有 16 个复用功能）
● 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

03. 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
● 模拟功能
● 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

04. I/O引脚复用器和映射

微控制器 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 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。

● 完成复位后，所有 I/O 都会连接到系统的复用功能 0 (AF0)。
● 外设的复用功能映射到 AF1 至 AF13。
● Cortex™-M4F EVENTOUT 映射到 AF15。
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05. I/O端口控制寄存器

每个 GPIO 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 方向（输入、输出、AF、模拟）。

GPIOx_OTYPER 和 GPIOx_OSPEEDR 寄存器分别用于选择输出类型（推挽或开漏）和速度 (无论采用哪种 I/O 方向，都会直接将 I/O 速度引脚连接到相应的 GPIOx_OSPEEDR 寄存器位）。

无论采用哪种 I/O 方向，GPIOx_PUPDR 寄存器都用于选择上拉/下拉。

06. 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。

07. 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。

08. 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。