stm32引脚速度GPIO_Speed的区别

2023-11-01 175浏览
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**GPIO*基本、*简单的作用是我们可以通过编程的方式让它作输入或者输出,而输入/输出的形式为高低电平(通常0V为低电平,3.3V为高电平)。

要让GPIO作输入或者输出,**就需要对IO口相关的寄存器进行配置。而寄存器是中央处理器内的组成部分,寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件,它们可用来暂存指令、数据和地址。

因此对IO口的初始化就是向相关寄存器里面写不同的值,从而确定使用哪一个IO口(IO口标号)、以及IO口工作模式(输入还是输出)、输出速度等参数。

在经过初始化之后就可以正常使用IO口了,比如如果IO口设置成了某个输入模式,就可以通过调用相关函数或者直接操作相关寄存器去得到IO口的电平是高电平还是低电平。

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从函数库角度来完成初始化:

**配置gpio.h文件,将IO口(IO口标号)、以及IO口工作模式(输入还是输出)、输出速度等参数作为一个结构体打包,封装成一个整体的类。

typedef struct

{

uint16_t GPIO_Pin;

GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;

GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;

}GPIO_InitTypeDef;

uint16_t GPIO_Pin;

typedef unsigned short int uint16_t;

以上是GPIO_Pin的声明,其为无符号短整型(0~65536),及端口号。

GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed

typedef enum

{

GPIO_Speed_10MHz = 1,

GPIO_Speed_2MHz,

GPIO_Speed_50MHz

}GPIOSpeed_TypeDef;

GPIO输出模式下,几种速度的区别:

(1). GPIO 引脚速度: GPIO_Speed_2MHz (10MHz, 50MHz) ;

又称输出驱动电路的响应速度:(芯片内部在I/O口的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路,用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路,通过选择速度来选择不同的输出驱动模块,达到*佳的噪声控制和降低功耗的目的。)

可理解为: 输出驱动电路的带宽:即一个驱动电路可以不失真地通过信号的*大频率。

(如果一个信号的频率超过了驱动电路的响应速度,就有可能信号失真。失真因素?)

如果信号频率为10MHz,而你配置了2MHz的带宽,则10MHz的方波很可能就变成了正弦波。就好比是公路的设计时速,汽车速度低于设计时速时,可以平稳地运行,如果超过设计时速就会颠簸,甚至翻车。

关键是:GPIO的引脚速度跟应用相匹配,速度配置越高,噪声越大,功耗越大。

带宽速度高的驱动器耗电大、噪声也大,带宽低的驱动器耗电小、噪声也小。使用合适的驱动器可以降低功耗和噪声

比如:高频的驱动电路,噪声也高,当不需要高的输出频率时,请选用低频驱动电路,这样非常有利于提高系统的EMI性能。当然如果要输出较高频率的信号,但却选用了较低频率的驱动模块,很可能会得到失真的输出信号。关键是GPIO的引脚速度跟应用匹配(推荐10倍以上?)。

比如:

①USART串口,若*大波特率只需115.2k,那用2M的速度就够了,既省电也噪声小。

②I2C接口,若使用400k波特率,若想把余量留大些,可以选用10M的GPIO引脚速度。

③SPI接口,若使用18M或9M波特率,需要选用50M的GPIO的引脚速度。

(2).GPIO的翻转速度指:输入/输出寄存器的0 ,1 值反映到外部引脚(APB2上)高低电平的速度.手册上指出GPIO*大翻转速度可达18MHz。

@通过简单的程序测试,用示波器观察到的翻转时间: 是综合的时间,包括取指令的时间、指令执行的时间、指令执行后信号传递到寄存器的时间(这其中可能经过很多环节,比如AHB、APB、总线仲裁等),*后才是信号从寄存器传输到引脚所经历的时间。

如:有上拉电阻,其阻值越大,RC延时越大,即逻辑电平转换的速度越慢,功耗越大。

(3).GPIO 输出速度:与程序有关,(程序中写的多久输出一个信号)。

2、GPIO口设为输入时,输出驱动电路与端口是断开,所以输出速度配置无意义。

3、在复位期间和刚复位后,复用功能未开启,I/O端口被配置成浮空输入模式。

4、所有端口都有外部中断能力。为了使用外部中断线,端口必须配置成输入模式。

5、GPIO口的配置具有上锁功能,当配置好GPIO口后,可以通过程序锁住配置组合,直到下次芯片复位才能解锁。

一般应用:

模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入,或者低功耗下省电。

浮空输入_IN_FLOATING ——可以做KEY识别,RX1

开漏输出_Out_OD——应用于I2C总线; (STM32开漏输出若外部不接上拉电阻只能输出0)

二.管脚的复用功能 重映射

1、复用功能:内置外设是与I/O口共用引出管脚(不同的功能对应同一管脚)

STM32 所有内置外设的外部引脚都是与标准GPIO引脚复用的,如果有多个复用功能模块对应同一个引脚,只能使能其中之一,其它模块保持非使能状态。

2、重映射功能:复用功能的引出脚可以通过重映射,从不同的I/O管脚引出,即复用功 能的引出脚位是可通过程序改变到其他的引脚上!

直接好处:PCB电路板的设计人员可以在需要的情况下,不必把某些信号在板上绕一大圈完成联接,方便了PCB的设计同时潜在地减少了信号的交叉干扰。

如:USART1: 0: 没有重映像(TX/PA9,RX/PA10); 1: 重映像(TX/PB6,RX/PB7)。

(参考AFIO_MAPR寄存器介绍)[0,1为一寄存器的bit值]

【注】下述复用功能的引出脚具有重映射功能:

- 晶体振荡器的引脚在不接晶体时,可以作为普通I/O口

- CAN模块; - JTAG调试接口;- 大部分定时器的引出接口; - 大部分USART引出接口

- I2C1的引出接口; - SPI1的引出接口;

举例:对于STM32F103VBT6,47引脚为PB10,它的复用功能是I2C2_SCL和 USART3_TX,表示在上电之后它的默认功能为PB10,而I2C2的SCL和USART3的TX为它的复用功能;另外在TIM2的引脚重映射后,TIM2_CH3也成为这个引脚的复用功能。

(1)要使用STM32F103VBT6的47、48脚的USART3功能,则需要配置47脚为复用推挽输出或复用开漏输出,配置48脚为某种输入模式,同时使能USART3并保持I2C2的非使能状态。

(2)使用STM32F103VBT6的47脚作为TIM2_CH3,则需要对TIM2进行重映射,然后再按复用功能的方式配置对应引脚.

GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode 具体内容如下,主要的几种输入输出方式

typedef enum

{ GPIO_Mode_AIN = 0x0,

GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,

GPIO_Mode_IPD = 0x28,

GPIO_Mode_IPU = 0x48,

GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,

GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,

GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,

GPIO_Mode_AF_PP = 0x18

}GPIOMode_TypeDef;

*常用的也是应该掌握的有三种:推挽输出、开漏输出、上拉输入。

推挽输出:可以输出高、低电平,连接数字器件;推挽结构一般是指两个三*管分别受两互补信号的控制,总是在一个三*管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源低定。

开漏输出:输出端相当于三*管的集电*.要得到高电平状态需要上拉电阻才行.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) 。

下面以将PB5这个IO口设置为推挽输出,输入速度为50MHz为例:

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

假设时钟频率为48MHZ,如果指定预分频器即TIM_Prescaler的值为48000(-1),那么经48000分频之后的工作频率就是1000,也就是所谓的1KHz。如果再指定计数值即TIM_Period为1000(-1)的话,恰好就是1秒了。


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