CH03-02-STM32的GPIO模块原理电子课件

《嵌入式系统原理与开发设计》主讲人：赖树明东莞理工学院STM32的GPIO模块原理01STM32F4GPIO模块原理GPIO口介绍GPIO相关寄存器外设时钟使能寄存器寄存器表示GPIO控制LED实验示例STM32F40xGPIO控制GPIO口概述01GPIO口就MCU用来连接外部世界、与外界交换数据的桥梁。51单片机：

IO口是分组的，每组8个，IO口分组用数字表示。P2、P1口只有输入输出功能；P3口上还能复用成串口、定时器等；STM32单片机：IO口功能比较多，比较复杂；IO口同样是分组的方式，每组16个，命名的方式为英文字母，(比如：STM32F407ZGT6：A~G--共112个)概念51和STM32GPIOSTM32F40xGPIO控制GPIO口介绍01受控I/O多达16个输出状态：推挽或开漏+上拉/下拉---提升驱动能力从输出数据寄存器(GPIOx_ODR)或外设（复用功能输出）输出数据可为每个I/O选择不同的输出速度输入状态：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多达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STM32GPIO特征STM32F40xGPIO控制GPIO口介绍01●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STM32F4GPIO功能STM32F40xGPIO控制GPIO相关寄存器01寄存器说明GPIO端口模式寄存器(GPIOx_MODER)(x=A..I)MODERy[1:0]：端口x配置位(y=0..15)用于配置I/O方向模式。00：输入（复位状态）01：通用输出模式10：复用功能模式11：模拟模式示例：GPIOB的第3个管脚为输出模式？GPIOB_MODER&=~(0x3<<6);GPIOB_MODER|=(0x1<<6);STM32F40xGPIO控制GPIO相关寄存器01寄存器说明GPIO端口输出类型寄存器(GPIOx_OTYPER)(x=A..I)这些位通过软件写入，用于配置I/O端口的输出类型。位31:16保留，必须保持复位值。位15:0OTy[1:0]：端口x配置位(y=0..15)0：输出推挽（复位状态）1：输出开漏STM32F40xGPIO控制GPIO相关寄存器01寄存器说明GPIO端口输出速度寄存器(GPIOx_OSPEEDR)(x=A..I/)用于配置I/O输出速度。OSPEEDRy[1:0]：端口x配置位(y=0..15)00：2MHz（低速）01：25MHz（中速）10：50MHz（快速）11：30pF时为100MHz（高速）说明：GPIO口的速度越快，功耗越高。STM32F40xGPIO控制GPIO相关寄存器01寄存器说明GPIO端口上拉/下拉寄存器(GPIOx_PUPDR)(x=A..I/)用于配置I/O上拉或下拉。PUPDRy[1:0]：端口x配置位(y=0..15)00:无上拉或下拉(浮空)01:上拉10:下拉11:保留STM32F40xGPIO控制GPIO相关寄存器01寄存器说明GPIO端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR)(x=A..I)这个寄存器数值反应了当前IO口的状态结果。这些位为只读形式，只能在只读模式下访问，包含相应I/O端口的输入值。位31:16保留，必须保持复位值。位15:0IDRy[15:0]：端口输入数据(y=0..15)STM32F40xGPIO控制GPIO相关寄存器01寄存器说明端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR)(x=A..I)该寄存器写1/0即可控制IO引脚上的电平状态。位31:16保留，必须保持复位值。位15:0ODRy[15:0]：端口输出数据(y=0..15)STM32F40xGPIO控制GPIO相关寄存器01寄存器说明GPIO端口置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR)(x=A..I)该寄存器可以控制GPIO引脚的电平，输出高电平和输出低电平位分别是使用低16位和高16位实现。注意：1）该寄存器对写0不敏感，往任何一个位写0时，GPIO引脚电平不会发生任何变化;2）输出高电平或低电平都是往对应的位写1，而不是写0。3）如果同时对BSx和BRx置位，则BSx的优先级更高。31:16BRy：端口x复位位y(y=0..15)(让IO口输出低电平)0：不会对相应的ODRx位执行任何操作;1：对相应的ODRx位进行复位示例：GPIOC的第4个端口输出低电平。GPIOC_BSRR|=1<<20;STM32F40xGPIO控制GPIO相关寄存器01寄存器说明GPIO端口配置锁定寄存器(GPIOx_LCKR)(x=A..I)锁定寄存器：锁定IO口的模式，一旦锁定，程序中不能修改IO口的模式了，想要修改，必须重新下载新的程序。位31:17保留，必须保持复位值；位16LCKK[16]：锁定键(Lockkey)0：端口配置锁定键未激活。1：端口配置锁定键已激活。锁定键写序列：WRLCKR[16]=‘1’+LCKR[15:0]WRLCKR[16]=‘0’+LCKR[15:0]WRLCKR[16]=‘1’+LCKR[15:0]RDLCKRRDLCKR[16]=‘1’（此读操作为可选操作，但它可确认锁定已激活）位15:0LCKy：端口x锁定位y(y=0..15)这些位只能在LCKK位等于“0”时执行写操作。STM32F40xGPIO控制GPIO相关寄存器01寄存器说明GPIO复用功能低位寄存器(GPIOx_AFRL)(x=A..I)该寄存器用于配置复用功能I/O，一个引脚除输出输出功能外，还会有利用的功能。位31:0AFRLy：端口x位y的复用功能选择(y=0..7)AFRLy选择：0000：AF0 0100：AF4 1000：AF8 1100：AF120001：AF1 0101：AF5 1001：AF9 1101：AF130010：AF2 0110：AF6 1010：AF10 1110：AF140011：AF3 0111：AF7 1011：AF11 1111：AF15STM32F40xGPIO控制GPIO相关寄存器01寄存器说明GPIO复用功能低位寄存器(GPIOx_AFRL)(x=A..I)0000：AF0 0001：AF1 0010：AF2 0011：AF3 0100：AF4 0101：AF5 0110：AF6 0111：AF71000：AF8 1001：AF9 1010：AF101011：AF111100：AF121101：AF131110：AF141111：AF15STM32F40xGPIO控制GPIO相关寄存器01寄存器说明GPIO复用功能高位寄存器(GPIOx_AFRH)(x=A..I)该寄存器用于配置复用功能I/O，一个引脚除输出输出功能外，还会有利用的功能。位31:0AFRLy：端口x位y的复用功能选择(y=0..7)AFRLy选择：0000：AF0 0100：AF4 1000：AF8 1100：AF120001：AF1 0101：AF5 1001：AF9 1101：AF130010：AF2 0110：AF6 1010：AF10 1110：AF140011：AF3 0111：AF7 1011：AF11 1111：AF15STM32F40xGPIO控制GPIO相关寄存器01寄存器说明GPIO复用功能低位寄存器(GPIOx_AFRH)(x=A..I)0000：AF0 0001：AF1 0010：AF2 0011：AF3 0100：AF4 0101：AF5 0110：AF6 0111：AF71000：AF8 1001：AF9 1010：AF101011：AF111100：AF121101：AF131110：AF141111：AF15STM32F40xGPIO控制外设时钟使能寄存器01概述STM32F407内部有很多片上外设模块，而具体一个产品中是不会全部使用到。为了降低功耗，芯片内部给每个外设模块设计一个时钟控制开关，当不需要使用某个外设时候，可以禁止它时钟。相关寄存器涉及到的寄存器有RCC_AHB1ENR，RCC_AHB2ENR，RCC_AHB3ENR，RCC_APB1ENR，RCC_APB2ENR。使能寄存器特性这些寄存器中每个位（有的位保留）都对应一个外设模块的时钟控制，写0到对应位禁用对应的外设，写1到对应位使能对应外设。写0：关闭相应模块时钟；写1：使能相应模块时钟寄存器说明RCC_AHB1外设时钟使能寄存器(RCC_AHB1ENR)寄存器作用：对AHB1外设总线上对应的模块时钟使能寄存器说明RCC_AHB2外设时钟使能寄存器(RCC_AHB2ENR)寄存器作用：对AHB2外设总线上对应的模块时钟使能STM32F40xGPIO控制外设时钟使能寄存器05寄存器说明RCC_AHB3外设时钟使能寄存器(RCC_AHB3ENR)寄存器作用：对AHB3外设总线上对应的模块时钟使能寄存器说明RCC_APB1外设时钟使能寄存器(RCC_APB1ENR)寄存器作用：对APB1外设总线上对应的模块时钟使能STM32F40xGPIO控制外设时钟使能寄存器05寄存器说明RCCAPB2外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)寄存器作用：对APB1外设总线上对应的模块时钟使能STM32F40xGPIO控制外设时钟使能寄存器05寄存器概述STM32F4xx的寄存器在代码中每个模块都定义为一个结构体;

STM32F4xx的寄存器定义文件在stm32f4xx.h文件，读者可以自行打开这个文件查看外设模块的寄存器结构定义。STM32F40xGPIO控制寄存器表示05GPIO寄存器结构STM32F4xxGPIO口寄存器结构定义typedefstruct{__IOuint32_tMODER;__IOuint32_tOTYPER;__IOuint32_tOSPEEDR;__IOuint32_tPUPDR;__IOuint32_tIDR;__IOuint32_tODR;__IOuint16_tBSRRL;__IOuint16_tBSRRH;__IOuint32_tLCKR;__IOuint32_tAFR[2];}GPIO_TypeDef;RCC寄存器结构STM32F4xxRCC模块寄存器结构定义typedefstruct{ ....

__IOuint32_tAHB1ENR; __IOuint32_tAHB2ENR; __IOuint32_tAHB3ENR; uint32_tRESERVED2; __IOuint32_tAPB1ENR; __IOuint32_tAPB2ENR; .....}RCC_TypeDef;寄存器表示一般的规律：每个外设模块定义宏名来代表结构体指针，宏名就是外设模块名，如IO口A组，就使用GPIOA表示，B组就使用GPIOB表示，依次类推。其中成员名则为寄存器名称（有少量例外，以stm32f4xx.h中定义的结构为准）。#defineGPIOA_BASE(AHB1PERIPH_BASE+0x0000)#defineGPIOB_BASE(AHB1PERIPH_BASE+0x0400)…..#defineGPIOA((GPIO_TypeDef*)GPIOA_BASE)#defineGPIOB((GPIO_TypeDef*)GPIOB_BASE)………#defineCRC((CRC_TypeDef*)CRC_BASE)STM32F40xGPIO控制寄存器表示05原理图说明查看STM32F407物联网开发平台-智能网关原理图.pdf文档，LED硬件设置原理图如下所示：STM32F40xGPIO控制GPIOLED实验示例05原理图分析1.四个LED都是低电平点亮2.四个LED使用的GPIO引脚PG13<----->LED1物联网实验箱上第1个灯PG14<----->LED2物联网实验箱上第2个灯PB6<----->LED3物联网实验箱上第3个灯PB7<----->LED4物联网实验箱上第4个灯3.GPIO口配置：输出模式、推挽输出、输出速度默认即可、上拉或浮空都可以软件设计概述根据原理图的分析，要把PG13，PG14，PB6，PB7引脚配置成输出功能，然后通过GPIOx_ODR或GPIOx_BSRR来控制对应的IO输出高低电平。STM32F40xGPIO控制GPIOLED实验示例05设计思路

1.GPIO端口的初始化①使能GPIO外设时钟(B、G两组)---RCC_AHB1ENR寄存器，②配置I/O口模式为输出功能---MODER寄存器

通用输出③配置I/O口输出类型---OTYPER寄存器

输出推挽④配置I/O口输出速度---OSPEEDR寄存器

默认值

⑤配置I/O口上下拉---PUPDR寄存器

上拉或浮空

2.点亮LED灯①点灯：通过GPIOx_ODR或GPIOx_BSRR选择其中之一。②灭灯：通过GPIOx_ODR或GPIOx_BSRR选择其中之一。初始化示例代码//开GPG，GPB口时钟RCC->AHB1ENR|=1<<6|1<<1;//配置GPIOG13、GPIOG14、GPIOB6、GIOPB7为:01通用输出模式GPIOG->MODER&=~(3<<13*2|3<<14*2);//对应的两位分别清0GPIOG->MODER|=(1<<13*2|1<<14*2);//对应的两位分别设置为01GPIOB->MODER&=~(3<<6*2|3<<7*2);//对应的两位分别清0GPIOB->MODER|=(1<<6*2|1<<7*2);//对应的两位分别设置为01STM32F40xGPIO控制GPIOLED实验示例05IO电平控制示例