GPIO口工作原理的超详细解释

一、GPIO基本结构

每个GPIO内部都有这样的一个电路结构,这个结构在本文下面会具体介绍。
在这里插入图片描述
这边的电路图稍微提一下:

保护二极管:
IO引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。当引脚电压高于VDD时,上方的二极管导通;当引脚电压低于VSS时,下方的二极管导通,防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。但是尽管如此,还是不能直接外接大功率器件,须加大功率及隔离电路驱动,防止烧坏芯片或者外接器件无法正常工作。

P-MOS管和N-MOS管:
由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。这里的电路会在下面很详细地分析到。

TTL肖特基触发器:
信号经过触发器后,模拟信号转化为0和1的数字信号。但是,当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时,用其“模拟输入”功能,此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。ADC外设要采集到的原始的模拟信号。

这里需要注意的是,在查看《STM32中文参考手册V10》中的GPIO的表格时,会看到有“FT”一列,这代表着这个GPIO口时兼容3.3V和5V的;如果没有标注“FT”,就代表着不兼容5V。

STM32的GPIO工作方式
GPIO支持4种输入模式(浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入)和4种输出模式(开漏输出、开漏复用输出、推挽输出、推挽复用输出)。同时,GPIO还支持三种最大翻转速度(2MHz、10MHz、50MHz)。

每个I/O口可以自由编程,但I/O口寄存器必须按32位字被访问。
GPIO_Mode_AIN 模拟输入
GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
GPIO_Mode_IPD 下拉输入
GPIO_Mode_IPU 上拉输入
GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出
下面将具体介绍GPIO的这八种工作方式:

1.浮空输入模式

在这里插入图片描述浮空输入模式下,I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说,I/O的电平状态是不确定的,完全由外部输入决定;如果在该引脚悬空(在无信号输入)的情况下,读取该端口的电平是不确定的。

2.上拉输入模式

在这里插入图片描述
上拉输入模式下,I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空(在无信号输入)的情况下,输入端的电平可以保持在高电平;并且在I/O端口输入为低电平的时候,输入端的电平也还是低电平。

3.下拉输入模式

在这里插入图片描述
下拉输入模式下,I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空(在无信号输入)的情况下,输入端的电平可以保持在低电平;并且在I/O端口输入为高电平的时候,输入端的电平也还是高电平。

4.模拟输入模式

在这里插入图片描述
模拟输入模式下,I/O端口的模拟信号(电压信号,而非电平信号)直接模拟输入到片上外设模块,比如ADC模块等等。

5.开漏输出模式

在这里插入图片描述
开漏输出模式下,通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值,途经N-MOS管,最终输出到I/O端口。这里要注意N-MOS管,当设置输出的值为高电平的时候,N-MOS管处于关闭状态,此时I/O端口的电平就不会由输出的高低电平决定,而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定;当设置输出的值为低电平的时候,N-MOS管处于开启状态,此时I/O端口的电平就是低电平。同时,I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取;注意,I/O端口的电平不一定是输出的电平。

6.开漏复用输出模式

在这里插入图片描述
开漏复用输出模式,与开漏输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源,不是让CPU直接写输出数据寄存器,取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。

二、总结与分析

1、什么是推挽结构和推挽电路?

推挽结构一般是指两个参数相同的三极管或MOS管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管或MOS管导通的时候另一个截止。高低电平由输出电平决定。

推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务。电路工作时,两只对称的功率开关管每次只有一个导通,所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流,也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力,又提高开关速度。

2、开漏输出和推挽输出的区别?

开漏输出:只可以输出强低电平,高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极。适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内);
推挽输出:可以输出强高、低电平,连接数字器件。
关于推挽输出和开漏输出,最后用一幅最简单的图形来概括:
在这里插入图片描述
该图中左边的便是推挽输出模式,其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止,而上面NPN三极管导通,输出电平VS+;当比较器输出低电平时则恰恰相反,PNP三极管导通,输出和地相连,为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式,需要接上拉。

3、在STM32中选用怎样选择I/O模式?

浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入,可以做KEY识别,RX1
带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入
带下拉输入_IPD—— IO内部下拉电阻输入
模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入,或者低功耗下省电
开漏输出_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
推挽输出_OUT_PP ——IO输出0-接GND, IO输出1 -接VCC,读输入值是未知的
复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能(I2C的SCL、SDA)
复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能(TX1、MOSI、MISO.SCK.SS)

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/802524.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

Altair® (澳汰尔)Inspire™ Print3D 打造高效的增材制造设计

Altair (澳汰尔)Inspire™ Print3D 打造高效的增材制造设计 借助 Inspire Print3D,可加速创新、结构高效的 3D 打印部件的创建、优化和研究,提供快速准确的工具集,可用于实现选择性激光熔融 (SLM) 部件的设计和过程仿…

Bilstm双向长短期神经网络多输入单输出回归分析

目录 背影 摘要 LSTM的基本定义 LSTM实现的步骤 BILSTM神经网络 基于双向长短期神经网络的多输入单输出回归分析,基于bilstm的多输入单输出回归分析 完整代码:Bilstm双向长短期神经网络多输入单输出回归分析.zip资源-CSDN文库 https://download.csdn.net/download/abc9918351…

基于SSM+Jsp+Mysql的快递管理系统

开发语言:Java框架:ssm技术:JSPJDK版本:JDK1.8服务器:tomcat7数据库:mysql 5.7(一定要5.7版本)数据库工具:Navicat11开发软件:eclipse/myeclipse/ideaMaven包…

背包问题四种类型

提示:文章写完后,目录可以自动生成,如何生成可参考右边的帮助文档 文章目录 前言一、01背包二、完全背包1.引入库 三.多重背包优化: 四.分组背包总结 前言 提示:这里可以添加本文要记录的大概内容: 例如&…

第十三章 OpenGL ES-RGB、HSV、HSL模型介绍

第十三章 OpenGL ES-RGB、HSV、HSL模型详细介绍 第一章 OpenGL ES 基础-屏幕、纹理、顶点坐标 第二章 OpenGL ES 基础-GLSL语法简单总结 第三章 OpenGL ES 基础-GLSL渲染纹理 第四章 OpenGL ES 基础-位移、缩放、旋转原理 第五章 OpenGL ES 基础-透视投影矩阵与正交投影矩阵…

ubuntu23 安装nodejs

在 Ubuntu 23 上安装 Node.js,您可以遵循以下步骤: 步骤 1: 更新系统软件包 首先,确保您的 Ubuntu 系统软件包列表是最新的。打开终端(Terminal)并运行: sudo apt update输入您的用户密码(输…

模拟memcpy和memmove

memcpy是内存复制函数,原型如下 void *memmove(void *dest, const void *src, size_t count) 从src地址复制count个字节到dest 模拟实现 void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t count) {if (dest NULL || src NULL)return NULL;void *ans dest;f…

HackTheBox-Machines--CozyHosting

文章目录 1 端口扫描2 测试思路3 访问web站点4 横向移动5 权限提升 CozyHosting 测试过程 1 端口扫描 nmap -sC -sV 10.129.229.882 测试思路 目标开启了80和22端口,所以出发点从80端口开始。 1.通过在web网站寻找漏洞,获取到用户名和密码,远…

用GCC把C语言文件编译成Intel语法的汇编代码

2024年4月9日,周二下午 GCC默认把C语言文件编译成AT&T语法的汇编代码, GCC 提供了 -masmintel 选项来生成 Intel 风格的汇编代码, 通过如下命令可以编译成Intel语法: gcc -S -masmintel -o output.s input.c在这个命令中&a…

CSS层叠样式表学习(基础选择器)

(大家好,今天我们将继续来学习CSS(2)的相关知识,大家可以在评论区进行互动答疑哦~加油!💕) 目录 二、CSS基础选择器 2.1 CSS选择器的作用 2.2 选择器分类 2.3 标签选择器 2.…

Swift 异步序列 AsyncStream 新“玩法”以及内存泄漏、死循环那些事儿(上)

概览 异步序列(Async Sequence)是 Swift 5.5 新并发模型中的一员“悍将”,系统标准库中很多类都做了重构以支持异步序列。我们还可以用 AsyncStream 辅助结构非常方便的创建自己的异步序列。 这里我们就来一起聊聊 AsyncStream 结构&#xf…

写两个函数,分别求两个整数的最大公约数和最小公倍数,用主函数调用这两个函数,并输出结果.(两个整数由键盘输入)

#include <stdio.h> /* * 主函数&#xff1a;计算并打印两个数的最大公约数和最小公倍数 */ int main(){ // 定义计算最大公约数和最小公倍数的函数 int hcf(int,int); int lcd(int,int,int); int u,v,h,l; // u,v为输入的两个数&#xff0c;h为最大公…

基于OTA技术的工作总结

一、引言 随着互联网的飞速发展和智能化设备的普及&#xff0c;OTA&#xff08;Over-the-Air&#xff09;技术逐渐成为了软件更新、远程配置及故障诊断的核心手段。在过去的一段时间里&#xff0c;我负责了基于OTA技术的相关工作&#xff0c;现将这段时间的工作进行总结&#…

win10下使用qemu安装aarch64架构的iso镜像虚拟机

1、win下安装qemu 最新版 可在如下链接进行下载安装 QEMU for Windows – Installers (64 bit) 2、准备aarch64的iso镜像 我这里使用的是 Kylin-Server-10-SP2-aarch64-Release-Build09-20210524.iso 3、使用如下命令启动虚拟机安装 打开powershell cd C:\Program Files\…

B02、关于垃圾回收器-6.2

1、关于 GC 的分类 1.1、串行 VS 并行 按线程数分&#xff0c;可以分为串行垃圾回收器和并行垃圾回收器。 串行回收指的是在同一时间段内只允许有一个CPU用于执行垃圾回收操作&#xff0c;此时工作线程被暂停&#xff0c;直至垃圾收集工作结束。 在诸如单CPU处理器或者较小的应…

【Leetcode】2009. 使数组连续的最少操作数

文章目录 题目思路代码复杂度分析时间复杂度空间复杂度 结果总结 题目 题目链接&#x1f517; 给你一个整数数组 n u m s nums nums 。每一次操作中&#xff0c;你可以将 n u m s nums nums 中 任意 一个元素替换成 任意 整数。 如果 n u m s nums nums 满足以下条件&…

记一次项目上某系统web渗透测试

第一个信息泄露漏洞 首先在登录页忘记密码处点击查询获取用户进行抓包可以获得用户的token固定id值 第二个用户名枚举漏洞 接下来就是批量遍历出存在数据库用户id值以及用户名&#xff0c;方便后面其他测试使用。 第三弱口令漏洞 这里对于爆破没有限制&#xff0c;因此根据获…

从零开始,教你如何用Java生成微信小程序二维码

Hello大家好我是咕噜铁蛋&#xff01;你是否曾为生成二维码而烦恼过&#xff1f;别担心&#xff0c;今天我就来给你支招&#xff01;&#xff0c;我将分享如何使用Java生成微信小程序二维码的方法&#xff0c;让你轻松应对二维码生成的需求。微信小程序是一种轻量级的应用程序&…

Splunk Attack Range:一款针对Splunk安全的模拟测试环境创建工具

关于Splunk Attack Range Splunk Attack Range是一款针对Splunk安全的模拟测试环境创建工具&#xff0c;该工具完全开源&#xff0c;目前由Splunk威胁研究团队负责维护。 该工具能够帮助广大研究人员构建模拟攻击测试所用的本地或云端环境&#xff0c;并将数据转发至Splunk实例…

[ LeetCode ] 题刷刷(Python)-第1题:两数之和

题目描述 给定一个整数数组 nums 和一个整数目标值 target&#xff0c;请你在该数组中找出 和为目标值 target 的那 两个 整数&#xff0c;并返回它们的数组下标。 你可以假设每种输入只会对应一个答案。但是&#xff0c;数组中同一个元素在答案里不能重复出现。 你可以按任意…