GPIO的概述

2.1.1 什么是GPIO？GPIO的作用？

              GPIO：通用輸入輸出控制器。

              GPIO的作用：芯片用來控制或采集外部器件的相關信息

2.1.2 GPIO的特征

<1>輸入狀態：浮空、上拉/下拉、模擬

<2>輸出狀態：推挽或開漏 + 上拉、下拉

<3>將數據輸入到輸入數據寄存器 (GPIOx_IDR) 或外設（復用功能輸入）

<4>從輸出數據寄存器 (GPIOx_ODR) 或外設（復用功能輸出）輸出數據

<5>置位和復位寄存器 (GPIOx_BSRR)，對 GPIOx_ODR 具有按位寫權限

<6>模擬功能

<7>復用功能輸入 /輸出選擇寄存器（一個 I/O 最多可具有 16 個復用功能）

<8>輸入數據寄存器 (GPIOx_IDR) 每隔 1 個 AHB1 時鐘周期捕獲一次 I/O 引腳的數據。

<9>所有 GPIO 引腳都具有內部弱上拉及下拉電阻，可根據 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值來打開 /關閉。

2.1.3 GPIO 功能描述

•      輸入浮空
•      輸入上拉
•      輸入下拉
•      模擬功能
•      具有上拉或下拉功能的開漏輸出
•      具有上拉或下拉功能的推挽輸出
•      具有上拉或下拉功能的復用功能推挽
  

8） 具有上拉或下拉功能的復用功能開漏

注意：每個 I/O 端口位均可自由編程，但 I/O 端口寄存器必須按 32 位字、半字或字節進行訪問

2.1.4 5V容忍原理

2.1.5 I/O 引腳復用器和映射

              微控制器 I/O 引腳通過一個復用器連接到板載外設 /模塊，該復用器一次僅允許一個外設的復用功能 (AF) 連接到 I/O 引腳

<1>完成復位后，所有 I/O 都會連接到系統的復用功能 0 (AF0)。

<2>外設的復用功能映射到 AF1 至 AF13。

<3>Cortex?-M4F EVENTOUT 映射到 AF15

2.2 GPIO的框架

2.2.1 輸入配置

● 輸出緩沖器被關閉

● 施密特觸發器輸入被打開

● 根據 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值決定是否打開上拉和下拉電阻

● 輸入數據寄存器每隔 1 個 AHB1 時鐘周期對 I/O 引腳上的數據進行一次采樣

● 對輸入數據寄存器的讀訪問可獲取 I/O 狀態

2.2.2 輸出配置

● 輸出緩沖器被打開：

開漏模式：輸出寄存器中的“0”可激活 N-MOS，而輸出寄存器中的“1 ”會使端口保持高組態 (Hi-Z)（ P-MOS 始終不激活）。

推挽模式：輸出寄存器中的“0”可激活 N-MOS，而輸出寄存器中的“1 ”可激活P-MOS。

● 施密特觸發器輸入被打開

● 根據 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值決定是否打開弱上拉電阻和下拉電阻

● 輸入數據寄存器每隔 1 個 AHB1 時鐘周期對 I/O 引腳上的數據進行一次采樣

● 對輸入數據寄存器的讀訪問可獲取 I/O 狀態

●對輸出數據寄存器的讀訪問可獲取最后的寫入值

2.2.3 復用功能

● 可將輸出緩沖器配置為開漏或推挽

● 輸出緩沖器由來自外設的信號驅動（發送器使能和數據）

● 施密特觸發器輸入被打開

● 根據 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值決定是否打開弱上拉電阻和下拉電阻

● 輸入數據寄存器每隔 1 個 AHB1 時鐘周期對 I/O 引腳上的數據進行一次采樣

● 對輸入數據寄存器的讀訪問可獲取 I/O 狀態

復用與通用的對比：

2.2.4 模擬功能

● 輸出緩沖器被禁止。

● 施密特觸發器輸入停用， I/O 引腳的每個模擬輸入的功耗變為零。施密特觸發器的輸出被

強制處理為恒定值 (0)。

● 弱上拉和下拉電阻被關閉。

● 對輸入數據寄存器的讀訪問值為“0”。

2.3 GPIO相關寄存器

2.3.1 GPIO寄存器

              每個IO口有10個寄存器控制

4 個 32 位配置寄存器

GPIOx_MODER

GPIOx_OTYPER

GPIOx_OSPEEDR

GPIOx_PUPDR

2 個 32 位數據寄存器

GPIOx_IDR

GPIOx_ODR

1 個 32 位置位 /復位寄存器

GPIOx_BSRR

1 個 32 位鎖定寄存器

GPIOx_LCKR

2 個 32 位復用功能選擇寄存器

GPIOx_AFRL

GPIOx_AFRH

2.3.2 寄存器相關縮寫

2.4 軟件設計

2.4.1 LED燈

              1.開時鐘

              2.初始化GPIO

              3.點亮燈

2.4.2 蜂鳴器

1.開時鐘

              2.初始化GPIO

              3.開啟蜂鳴器

2.4.3 按鍵

1.開時鐘

              2.初始化GPIO

              3.按鍵識別

                            延時消抖

                            松手檢測

2.5 補充

2.5.1 IO口與端口

GPIO口以分組形式存在，每組（端口）有16個IO口。

                            I/O口：某個具體引腳

                            端口：16個I/O口組成

2.5.2 變量與寄存器的異同

                            相同點：

變量與寄存器都向內存申請空間，可以存儲數據，都有相應地址。

                            不同點：

變量地址隨時變化，寄存器地址永遠固定；

變量可以存儲浮點類型數據，寄存器不能存儲浮點類型數據。

2.5.3 各類電平

              CMOS電平：

3.3V              邏輯1

0.0V              邏輯0

              TTL電平:

                            5.0V              邏輯1

                            0.0V              邏輯0

              485/232電平：

                            -15V～-3V              邏輯1

                            3V～15V              邏輯0

              差分信號：

                            定義：有兩條線，通過兩條線的電壓差作為邏輯0/1。

                            好處：傳輸距離很遠。衰減一致，保證邏輯。

2.5.4 問答

<1>為什么使用模塊化編程？

1.降低代碼冗余度，提高代碼的利用率

2.便于閱讀和維護

<2>為什么使用條件編譯？

1.為了使代碼更加靈活

<3>頭文件使用條件編譯的作用？

• 防止頭文件重復引入
  

<4>注釋的作用？

• 提高代碼的閱讀性
  

<5>頭文件一般有什么東西？

• 頭文件
• 函數聲明
• 宏
• 變量聲明
• 變量（不建議）
  

<6>按鍵按下為什么要延時消抖？

              按鍵按下瞬間，按鍵從一個穩定狀態變化到另一個穩定狀態之間，有一個不穩定的過程，延時是為了越過不穩定狀態存在的時間，一般為10ms

<7>按鍵如何保持一次性？

              松手檢測：設置一個靜態標志位，用于松手檢測。

<8>知識領悟

寄存器是編程人員的編程接口，對于MCU而言，不管你如何封裝，一切配置，終究歸于寄存器配置；而操作寄存器的本質是對操作地址。

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