GPIO的工作模式、GPIO複用

1、GPIO 的8種工作模式

GPIO 的電路是一堆電路，所以需要設定暫存器，來開啟對應的開關，來實現不同的功能。

在這裡插入圖片描述

輸入部分：

輸入的訊號，不會反向的迴流到輸出電路，因為 N-MOS、P-MOS 不會被反向導通。（輸入電路不會影響到輸出電路）

輸入電路內部有兩個電阻：上拉電阻、下拉電阻。

上下拉電阻對應兩個開關：這個開關也是通過 GPIO 的設定暫存器，來進行設定開啟或者關閉。
VDD 開關閉合：上拉輸入。（即沒有訊號輸入的時候，觸發器裡面儲存 1 ）
VSS 開關閉合：下拉輸入。（即沒有訊號輸入的時候，觸發器裡面儲存 1）
VDD、VSS 都不導通：浮空輸入。

模擬輸入：不經過觸發器，直接接到片上外設 ADC ，從而進行模數轉換。

觸發器：儲存高低電平的 bit 位。（代表數位輸入）

在這裡插入圖片描述

輸出部分：

N-MOS 管：高電平 導通

P-MOS 管： 低電平 導通

當輸出暫存器為高電平的時候，經過一個非門，傳到輸出控制的時候，就變成了一個低電平，從而將 P-MOS 導通。

電位的提供不是靠資料暫存器，而是通過開啟對應的開關，從而利用對應的電源實現。（VDD、VSS）

輸出控制有兩個控制端

輸出資料暫存器：代表通用的 GPIO
片上外設暫存器：代表 GPIO 的複用功能。

不同模式對應的電路流向：

浮空輸入：

輸入上拉、下拉：

模擬輸入：

開漏輸出：此時的 I/O 埠，既可以做輸入模式、也可以做輸出模式。

此時的輸出電平，並不會影響到輸入電路。（與推完輸出不同）
因為開漏輸出：VDD 不會起作用，輸出高電平的時候，依靠外面外接一個上拉電阻。
所以開漏輸出的高電平，並不會影響到對應的輸入電路。

推輓輸出：

此時輸出高電平，是依靠 VDD 來實現的，所以同時會影響到輸入電路。
此時輸入電路就無法分辨，高電平是自己輸出的，還是外部輸入的。

2、GPIO 的複用

STM32基本上每個引腳都有8種設定模式：

１）浮空輸入
２）帶弱上拉輸入
３）帶弱下拉輸入
４）模擬輸入

５）推輓輸出
６）開漏輸出
７）複用推輓輸出
８）複用開漏輸出

STM32Fxx內部整合了很多的外設控制器，比如USART、SPI、bxCAN等等，這些外設控制器，也需要通過引腳與外設連線。

複用功能是相對於微控制器的引腳而言的。所謂「複用功能」，是指微控制器的引腳既可以做普通GPIO使用，也可以作為內部外設控制器的引腳來使用。

比如我們來看看STM32F103xx微控制器的PA5引腳，如下圖：
在這裡插入圖片描述

（1）GPIO 支援多種外設的時候，如何區別

！！！：通過外設時鐘是否是能，以及當前 GPIO 處於什麼模式。

PA5 的功能：

普通GPIO
SPI1的時鐘（SPI1_SCK）
DAC的輸出通道1（DAC_OUT1）
ADC的輸入通道5（ADC12_IN5）

PA5支援的三種外設（SPI1、DAC、ADC）在同一時刻只能選擇一種。

選擇的方法是：開啟相應外設的時鐘，並使其它外設的時鐘保持關閉狀態。

如果PA5被設定為複用功能，但是沒有開啟它支援的任何外設的時鐘，它的輸出是不確定的。

（2）普通推輓輸出、複用推輓輸出的區別

複用推輓輸出和（普通）推輓輸出在輸出的時候均使用兩個MOS管（P-MOS和-MOS），其輸出電路是相同的。

！！！！區別在於控制輸出的訊號來源：

（普通）推輓輸出控制MOS管的訊號來自 輸出資料暫存器。
複用推輓輸出的控制訊號來自微控制器的 內建外設控制器（比如SPI1）。

下面這張圖，是普通GPIO輸出的引腳設定圖，可以看到其輸出訊號來自輸出 資料暫存器（Output data register）：
在這裡插入圖片描述
下面這張圖，是選擇複用功能後的引腳設定圖，可以看到其輸出訊號來自 晶片內建的外設控制器：

注意：雖然複用模式的控制訊號來自內建外設控制器，但是微控制器（CPU）依然可以讀取相應的資料。

在 複用推輓輸出模式 下，微控制器可以通過讀取輸出資料暫存器（Output Data Register）的資料來獲取上次輸出的值；
在 複用開漏輸出的模式 下，微控制器可以通過讀取輸入資料暫存器（Input Data Register）的值來獲取引腳的狀態。