STM32 GPIO详细篇(基于HAL库) |
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一、基础认识
GPIO全名为General Purpose Input Output,即通用输入输出。有时候简称为“IO口”。通用,说明它是常见的。输入输出,就是说既能当输入口使用,又能当输出口使用。端口,就是元器件上的一个引脚。 输入模式和输出模式是GPIO的基本特性,当然GPIO还有其它模式可选。 (一) IO耐压问题STM32是一款3.3V电压的芯片,IO输出是3.3V,但IO大部分都是可以容忍5V电压输入。一般在芯片手册的“引脚定义”章节可以查看到有FT标识表示该IO可以容忍5V电压输入。 二、在标准库中GPIO的模式 (一)模式汇总输入模式: l 浮空输入(GPIO_Mode_IN_FLOATING):引脚电平是真实的外部连接器件电压,电平有不确定性 l 上拉输入 (GPIO_Mode_IPU):默认通过电阻上拉到VCC,不接外部器件时可以读出高电平 l 下拉输入 (GPIO_Mode_IPD):默认通过电阻下拉到GND,不接外部器件时可以读出低电平 l 模拟输入 (GPIO_Mode_AIN):将外部信号直接传输到数模转换通道上 输出模式: l 开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD):只能输出低电平,高电平由电阻上拉决定 l 开漏复用功能(GPIO_Mode_AF_OD):用于外设功能使用 l 推挽式输出(GPIO_Mode_Out_PP):可以输出强高和强低,通常使用该功能控制LED l 推挽式复用功能(GPIO_Mode_AF_PP):用于外设功能使用 GPIO的基本结构: TTL肖特基触发器其实可以理解为用肖特基管构成的施密特触发器,作用简单说就是将相对缓慢变化的模拟信号变成矩形(方波)信号,便于后面读取。这里有一个阈值电压的概念,比如从低到高达到多少才会导通,从高到底多少才会关闭。 (二) 浮空输入(GPIO_Mode_IN_FLOATING)浮空就是逻辑器件与引脚即不接高电平,也不接低电平。由于逻辑器件的内部结构和外部引脚所接的器件决定电平状态。一般实际运用时,引脚不建议悬空,易受干扰。通俗讲就是浮空就是浮在空中,就相当于此端口在默认情况下什么都不接,呈高阻态,这种设置在数据传输时用的比较多。浮空最大的特点就是电压的不确定性,它可能是0V,页可能是VCC,还可能是介于两者之间的某个值(最有可能) 浮空一般用来做ADC输入用,这样可以减少上下拉电阻对结果的影响。 (三) 上拉输入 (GPIO_Mode_IPU)上拉就是把点位拉高,比如拉到Vcc。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平。电阻同时起到限流的作用。弱强只是上拉电阻的阻值不同,没有什么严格区分。 电阻通常为30-50KΩ (四) 下拉输入 (GPIO_Mode_IPD)下拉就是把点位拉低,比如拉到GND。下拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在低电平。电阻同时起到限流的作用。弱强只是下拉电阻的阻值不同,没有什么严格区分 (五) 模拟输入 (GPIO_Mode_AIN)模拟输入是指传统方式的输入,数字输入是输入PCM数字信号,即0,1的二进制数字信号,通过数模转换,转换成模拟信号,经前级放大进入功率放大器,功率放大器还是模拟的 (六) 开漏输出(GPIO_Mode_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。 只能输出强低电平。 (七) 开漏复用功能(GPIO_Mode_AF_OD)用于外设使用 (八)推挽式输出(GPIO_Mode_Out_PP)IO输出0-接GND, IO输出1 -接VCC。这是使用最多的了。控制LED基本都是使用这种模式。 可以输出强高低电平,连接外部数字器件 (九)推挽式复用功能(GPIO_Mode_AF_PP)用于外设使用 三、配置输入输出IO (一)输入(1). GPIO Pull-up/Pull-down: IO上下拉配置 l No pull-up and no pull-down,浮空输入,配置为不上拉和下拉 l Pull-up,上拉输入 l Pull-down,下拉输入 (二)输出(1). GPIO output level l Low:IO初始化默认输出低电平 l High:IO初始化默认输出高电平 (2). GPIO mode l Output Open Drain,开漏输出,可以输出低电平 l Output Push Pull,推挽输出,可以输出低电平和高电平 (3). GPIO Pull-up/Pull-down: IO上下拉配置 l No pull-up and no pull-down,浮空输入,配置为不上拉和下拉 l Pull-up,上拉输入 l Pull-down,下拉输入 (4). Maximum output speed l Low,GPIO速度为低速,通常为2MHZ l Medium,GPIO速度为中速,通常为10MHZ l High,GPIO速度为高速,通常为50MHZ 四、 输出编程测试有GPIOA1和GPIOA2设置为输出测试 (一)CubeMx设置(二) 初始化函数 宏定义 #define DONG_OUT_1_Pin GPIO_PIN_1 #define DONG_OUT_1_GPIO_Port GPIOA #define DONG_OUT_2_Pin GPIO_PIN_2 #define DONG_OUT_2_GPIO_Port GPIOA初始化函数是自动生成的 void MX_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; /* GPIO Ports Clock Enable */ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();//使能GPIOA时钟 /*Configure GPIO pin Output Level */ HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_RESET);//设置上电电平为低 /*Configure GPIO pins : PAPin PAPin */ GPIO_InitStruct.Pin = DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin;//两个GPIO_PIN GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推挽输出模式 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;//浮空,不上拉也不下拉 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;//低速 HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); } (三)输出相关函数设置或清除选定的数据端口位 void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)参数: GPIOx :其中x可以(A..G取决于所使用的设备)来选择GPIO外设 GPIO_Pin :指定要写入的端口位。此参数可以是GPIO_PIN_x之一,其中x可以是( 0..15 )。 PinState :指定要写入选定位的值。此参数可以是GPIO_PinState枚举值之一: l GPIO_PIN_RESET:清除端口Pin,低电平 l GPIO_PIN_SET:设置端口Pin,高电平 例子: HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_RESET);//两个设置为低电平 HAL_Delay(1000);//1s HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin, GPIO_PIN_SET);//单独设置为高电平 HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_SET);//单独设置为高电平 HAL_Delay(1000);//1s切换指定的GPIO pin void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)参数: GPIOx :其中x可以(A..G取决于所使用的设备)来选择GPIO外设 GPIO_Pin :指定要写入的端口位。此参数可以是GPIO_PIN_x之一,其中x可以是(0..15 )。 例子: HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin);//两个输出电平取反 HAL_Delay(1000);//1s HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin);//单独输出电平取反 HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,DONG_OUT_2_Pin);//单独输出电平取反 HAL_Delay(1000);//1s 五、输入编程(轮询检测) (一)CubeMX设置 (二)初始化函数宏定义 #define DONG_IN_1_Pin GPIO_PIN_3 #define DONG_IN_1_GPIO_Port GPIOA初始化部分 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};//初始化结构体 __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();//GPIO时钟开启 GPIO_InitStruct.Pin = DONG_IN_1_Pin;//引脚 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;//输入模式 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;//上拉 HAL_GPIO_Init(DONG_IN_1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct); (三)输入相关函数读取指定的输入端口引脚 GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)参数: GPIOx :其中x可以(A..G取决于所使用的设备)来选择GPIO外设 GPIO_Pin :指定要写入的端口位。此参数可以是GPIO_PIN_x之一,其中x可以是(0..15 ) 返回: typedef enum { GPIO_PIN_RESET = 0u,//低电平 GPIO_PIN_SET//高电平 } GPIO_PinState;例子: GPIO_PinState res=HAL_GPIO_ReadPin(DONG_IN_1_GPIO_Port,DONG_IN_1_Pin);//读取电平 if(res==GPIO_PIN_RESET){ HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_SET);//两个设置为高电平 }else{ HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_RESET);//两个设置为低电平 } 六、输入编程(中断检测) (一)CubeMX设置
GPIO mode: l 上升沿触发检测的外部中断模式(External Interrupt Mode with Rising edge trigger detection) l 下降沿触发检测的外部中断模式(External Interrupt Mode with Falling edge trigger detectiort) l 上升/下降沿触发检测的外部中断模式(External Interrupt Mode with Risinq/Falling edge trigger detection) l 上升沿触发检测的外部事件模式(External Event Mode with Rising edge trigger detection) l 下降沿触发检测的外部事件模式(External Event Mode with Falling edge trigger detection) l 上升/下降沿触发检测的外部事件模式(External Event Mode with Rising/Falling edge trigger detectiont) 还需要手动开启(图片仅参考,并非当前工程使用)
中断和事件的区别: l 中断是当IO达到中断条件后会向CPU产生中断请求 l 事件是事先设置好的任务,当单片机达到要求将通过硬件的方式处理事先设置好的任务,而不向CPU请求中断,比如DMA、AD转换等 (二)初始化函数宏定义 #define KEY1_Pin GPIO_PIN_3 #define KEY1_GPIO_Port GPIOA #define KEY1_EXTI_IRQn EXTI3_IRQn初始化部分 __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; /*Configure GPIO pin : PtPin */ GPIO_InitStruct.Pin = KEY1_Pin; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; HAL_GPIO_Init(KEY1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct); /* EXTI interrupt init*/ HAL_NVIC_SetPriority(EXTI3_IRQn, 0, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI3_IRQn); (三)中断输入相关函数中断回调函数 void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin);参数: GPIO_Pin :指定连接EXTI线的引脚 例子: //GPIO中断回调函数 void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){ //判断进入中断的GPIOs if(KEY1_Pin==GPIO_Pin){ HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin);//单独输出电平取反 HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,DONG_OUT_2_Pin);//单独输出电平取反 } } 其它关于按键防抖的问题: l 软件防抖可以检测到电平延时一段时间再确认电平,延时时间一般为10-20ms l 硬件防抖可以在按键上并联一个电容,一般为0.1uf 参考: https://blog.csdn.net/baidu_37366055/article/details/80060962 |
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