(菜鸟笔记)STM32配置GPIO时对内部硬件的‘开与关’

ID:104497 · 发表于 2021-2-7 11:02

说心里话，STM32 GPIO的配置操作并不比51单片机复杂多少，但不同的应用场景可能会涉及到需要了解IO配置过程中更深入的细节，比方说内部施密特触发器的通断到底如何控制，复用信号又是如何送到IO口上的，等等。
这些操作在手册上都说到了，但个人觉得这些知识点比较分散，不利于初学者掌握其中的细微之处，所以我想把GPIO配置的控制逻辑梳理了一下，看看寄存器哪些位的哪些配置值都干了哪些事儿，‘接通’或‘断开’了内部的哪些硬件。
下图是GPIO基本结构图。
为清晰表达出内部构件被使能或禁能，我使用了‘开关’概念，当然，实际它们不会真的是一些硬件开关，而是为了表达逻辑1、0状态。
图7.jpg

1、通用输入模式配置（以PA3为例）
图8.jpg

将PA3配置成输入模式的前提是GPIOA_CRL的MODE3[1：0]＝00。
如果想把它配置成模拟输入用于ADC，那就在GPIOA_CRL的CNF3[1：0]写入00。
因为STM32F没有复用输入模式，所以要想把它配置成复用输入USART2_RX，要么是让CNF3[1：0]＝01使PA3成为浮空输入模式；要么是让CNF3[1：0]＝10配置成内部弱上拉输入模式，但必须在此前加上一条对GPIOA_ODR的ODR3＝1的操作。
这是一个很有趣也很费解的操作，既然是配置输入，怎么又跟输出寄存器扯上关系了呢？请看手册上的说明：
图9.jpg

既然配置成输入时输出缓冲器已经被关闭，那么ODR3的写1操作就一定不是指向末端的PMOS和NMOS管。肯定有一个内部逻辑，使ODR3关联到上拉及下拉电阻开关。至于这个逻辑到底是个啥样的硬件，官方没说，咱们也不好意细问。知道有这么回事儿，别在配置上下拉输入时出现错误就行了。
如果PA3配置成了复用输入USART2_RX，读GPIOA_IDR的IDR3是允许的，而且读回来的就是PA3当前的逻辑状态，因为APB2的时钟会采样PA3，除了送到USART2模块的RX以外，还锁存到GPIOA_IDR的IDR3上。此时要闲着没事儿非得读一下GPIOA_ODR的ODR3，操作上也是允许的，但似乎也没啥实际意义，因为读回去的位状态是之前对ODR3的最后一次写入值。
如果PA3配置成了模拟输入，施密特触发器就会被断开，读IDR3就不再是PA3的数据了。
2、通用输出模式配置（以PA2为例）
图10.jpg

将PA2配置成输出模式的前提是GPIOA_CRL的MODE2[1：0]＝01、10或11。
由于在输出模式下施密特触发器一直是被打开的，每个APB2时钟也像输入模式一样把PA2锁存到GPIOA_IDR的IDR2，所以此时读GPIOA_IDR能够返回PA2当前的输出逻辑状态，但这可不是说此时PA2又可以当成输入口使用，尤其是处于推挽输出模式下，PA2外面的信号是进不来的。在开漏模式下，倒是可以把PA2当成输入，这一点在下面会有描述。
还有一点值得注意，如果想把PA2配置成USART2_TX，那就必须将它配置成复用推挽或复用开漏输出模式，千万不能让CNF2[1：0]＝00（通用推挽）或01（通用开漏），否则USART2_TX送不到PA2上，因为这个时候‘复用/通用切换开关’是指向GPIOA_ODR的ODR2位而不是指向USART2_TX。
3、输入输出模式配置（以PB11为例）
有的时候需要将某个引脚当成IO口使用，比方说用PB11模拟I2C的SDA口线。
请注意，这里说的是‘模拟’SDA，而不是把PB11配置成复用的I2C2 SDA口。
咱们都知道，SDA线上必须外加上拉电阻，到底是为啥就不多说了。
作为模拟的SDA，有一繁一简两个方法：需要PB11送数就把它配置成通用输出模式，回头又需要它收数了再配置成输入模式，在理论上这种方式是可行的，但切来切去的也真够麻烦。
简单的方法就是把PB11配置成通用开漏输出模式，输出时自不必说，当输入时只要先在ODR11写个1就行了。
图11.jpg

此时PB11是通用开漏模式，输出端的PMOS被禁用，在ODR11上写1并不能打开这个MOS管，而NMOS的驱动逻辑是0，所以这个MOS管也会被断开。但由于此时施密特触发器是接通的，所以引脚上的信号会被APB2时钟采样和锁存，读取IDR11就可以获取PB11的输入数据。这种在端口锁存上写1变输入的方式与51单片机准输入IO口的操作是一样的。
上面说的是模拟I2C，如果是直接启用复用功能那就不用这么麻烦了，人家早就把相关的逻辑操作搞得妥妥的了。按照手册上的说明，只需将PB11配置成复用开漏就一切OK。

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