03：【stm32】GPIO

1、芯片的引脚分布

   STM32F103C8T6这款芯片一共有48个引脚，他们分为了特殊功能引脚和普通的IO引脚。其中特殊功能的引脚有如下几个：

如图：被红色框住的就是特殊功能的引脚，包括了3个供电引脚，晶振，复位，下载，启动配置。而被黑色框住的就是普通功能引脚，未被特化，可编程。

• 其中普通功能引脚一共有35个，我们将他分为3组：分别为PA，PB，PC。其中PA(0～15)一共16个引脚，PB(0～15)一共16个引脚，PC(13～15)一共3个引脚。我们通过编程实现这35个引脚实现输入输出进而实现需要的功能。

如STM32F103C8T6的最小系统板的引脚图所示，其中被红色框住的就是普通的引脚IO口，用于编程。

2、IO复用与重映射

   如最小系统板的引脚功能图所示。引脚分为通用功能，复用功能，和重映射功能。

• 通用功能时：引脚就是一个普通的IO口，由芯片CPU直接控制它的输入/输出高电平/低电平。

• 复用功能时：不同的引脚连接着不同的片上外设，一个引脚可能连接着多个片上外设。例如使用串口通信时（USART1），就要使用PA9和PA10。使用定时器TIM1时，也要使用PA9和PA10。所以，一个引脚可能连接着多个片上外设。
  

• 重映射时：当我们同时要使用USART1和TIM1时，他们都在PA9和PA10引脚上面，所以我们需要将一个片上外设重映射到另外的引脚上面去，例如我们打开PB6和PB7的重映射功能，就是USART1。这样就能同时使用USART1和TIM1了。

3、片上外设GPIO

3.1、GPIO的寄存器组

   GPIO是控制引脚输入输出的片上外设，有GPIOA,GPIOB,GPIOC等等。芯片CPU和其他的片上外设与GPIO连接之间存在着GPIO寄存器，通过配置这些寄存器来控制IO引脚。

如图：GPIO寄存器有配置寄存器，一共有16个格子对应一组的16个引脚，每个格子用于配置一个引脚的参数，具体是什么不用了解。

• 输入寄存器IDR：它也是16个格子，对应的是一组的16个引脚，例如：如果IDR的最低位是0，则代表Px0引脚输入的是低电平。

• 输出寄存器ODR：它也是16个格子，对应的是一组的16个引脚，例如，给寄存器最低位写入1，则代表Px0引脚的输出高电平。

3.2、8种工作模式

   GPIO一共有8种工作模式，分别为输出推挽，输出开漏，复用推挽，复用开漏。上拉输入，下拉输入，浮空输入，模拟输入。

• 输出推挽模式：
  
  如图：程序写1时：上面的开关闭合，下面的开关打开，上面PMOS导通，输出一个高电平。
     程序写0时：上面的开关打开，下面的开关闭合，上面NMOS导通，输出一个低电平。
  总结：程序写1，输出高电平。程序写0，输出低电平。（程序写入，也就是写入输出寄存器ODR）

• 输出开漏模式：
  

如图：开漏模式时，上面的PMOS一直都是断开的状态。
当程序写0时：下面的NMOS闭合，输出一个低电平。
当程序写1时：下面的NMOS也断开，引脚输出是一个高阻抗状态。

• 上拉输入模式：
  
  当工作在上拉模式时：上拉电阻的开关闭合，下拉电阻开关断开。
  当IO端口输入0时：寄存器IDR读取为0
  当IO端口输入1时：寄存器IDR读取为1
  当IO端口悬空时： 寄存器IDR读取为1
• 下拉输入模式：
  当工作在下拉模式时：上拉电阻的开关断开，下拉电阻开关闭合。
  当IO端口输入0时：寄存器IDR读取为0
  当IO端口输入1时：寄存器IDR读取为1
  当IO端口悬空时： 寄存器IDR读取为0
• 浮空输入模式：
  当工作在浮空模式时：上拉电阻的开关断开，下拉电阻开关断开。
  当IO端口输入0时：寄存器IDR读取为0
  当IO端口输入1时：寄存器IDR读取为1
  当IO端口悬空时： 寄存器IDR读取不确定，容易被外部电磁波干扰
• 模拟输入模式：
  主要作用于片上外设ADC（模数转换）

3.3、最大输出速度

   最大输出速度：IO允许输出电平的最大切换频率。当输出寄存器写1时，引脚不会立马变为高电平，它有个缓冲时间。写0时也是同理。当我们给输出寄存器交替写0和1时，这个交替时间太快，小于缓冲时间时。则引脚就不能够正常的输出电平。所以t(输出电平切换时间)>t(缓冲时间)。

而stm32的最大输出速度有3个挡位：2MHZ，10MHZ，50MHZ。一般频率最大，输出速度就越快，功耗就越大。

3.4、GPIO的内部结构

红色框里面的寄存器是IO输入部分，蓝色框里面的寄存器是IO输出部分