前言

一、GPIO介紹

GPIO：General Purpose Input Output通用用途輸入輸出

核心功能：輸入、輸出和高級外設的復用功能

注：使用時一定要配置好各引腳是用作普通I/O（輸出0和1）還是用作復用功能

STM32G431資料手冊：查看STM32G4引腳復用功能

查看對應引腳對應的復用功能：

封裝LQFP64 前5行 “ - ” 表示 “ 無 ” ，第1引腳從第6行開始

既然有多種復用功能選擇，如何指定一種相應的復用功能？
==控制復用功能的選擇某個引腳選擇第二個功能: ==

將某一個引腳設定為一種復用功能可根據上圖來看，每一行對應著不同的復用功能，將對應引腳設定為AFX對應功能所在列（將PA9設定為串口功能，只要將PA9設定為AF7即可），這里就要用使用到復用功能暫存器

STM32G4系列控制器參考手冊：

這個是低位暫存器對應PA0-PA7, 還有一個高位暫存器對應PA8-PA15

所以，將PAx引腳設定為AFx引腳只需要像AFRL/AFRH暫存器寫入相應的值

將PA9設定為串口功能，只需要將GPIO A_AFRH 寫入0111( PA9 對應 GPIO A_AFRH 中的 AFSEL9[3:0] )

二、GPIO的基本結構

1.IO口內部電路結構

I/O口的基本結構可分為上下兩部分，下半部分為輸出驅動器 ，上半部分為輸入驅動器

2.IO輸入輸出

1.普通IO輸出

(1)通過置位/復位暫存器和 輸出資料暫存器的共同作用輸出0或1

(2)在選擇器處選擇普通I/O輸出( 或復用功能輸出)

(3)通過反相器將前面輸出的0或1轉換為1或0

(4)通過P-MOS管和N-MOS管兩個MOS管決定輸出邏輯0還是邏輯1

P-MOS管 為低電平導通，導通后輸出邏輯1
N-MOS管 為高電平導通，導通后輸出邏輯0

2.復用功能功能輸出

與普通IO輸出相比，選擇器選擇復用功能輸出

3.普通IO輸入
輸入為低電平0時，上下拉電阻處于關閉狀態，施密特觸發器為打開狀態

但是，若輸入為高電平時要考慮輸入電壓的大小，如果電壓過大必須進行穩壓，否則會啥訓電路，這就是包含二極管的作用

(1)輸入的高電平為3.3V：能夠直接通過I/O引腳進入內部電路

(2)輸入的高電平為5V: 要用到 5V容錯I/O埠 其中 VDD_FT(3.3V)
當輸入為+5V?時，上面的二極管導通，連接 VDD_FT(3.3V)，將輸入的5V?穩壓到3.3V?，從而保護了電路

(3)當輸入為-5V?時（和5V方向相反),下面二極管導通，連接VSS(0V)，將輸入的-5V?穩壓到0V?，從而保護電路

上下拉電阻
當某個引腳處于懸空時，其輸入電平不能確定，既不是高電平也不是低電平

上拉下拉電阻用于處理IO口不確定的電平狀態，強制性的將電平拉上或拉下

注：當輸入為確定的高電平或低電平時，上拉下拉電阻將不起作用

上拉和下拉都各有一個開關，當輸入電平不確定時且上拉或下拉開關閉合時，不確定的電平就被強制性的轉換為高電平（上拉開關閉合）或低電平（下拉開關閉合）

上拉電阻：將上拉開關閉合，輸入的不確定電平被強制上拉為高電平

下拉電阻：將下拉開關閉合，輸入的不確定電平被強制下拉為低電平

小結：

三、GPIO作業模式

為實作不同的作業要求，GPIO有8種作業模式，每個I/O口可以自由編程，但I/O暫存器必須按32位字被訪問，

1.浮空輸入

浮空輸入：復位上電的時，引腳不確定電平的高低(既不接電源，也不接地

(1)外部通過IO口輸入電平(上下拉電阻處于關閉狀態)

(2)傳輸到施密特觸發器(此時施密特觸發器為打開狀態)

(3)繼續傳輸到輸入資料暫存器IDR

(4)CPU通過讀輸入資料暫存器IDR實作讀取外部輸入電平值

2.輸入上拉模式

輸入上拉模式：與輸入浮空模式相比較,不同之處在于內部有一個上拉電阻連接到 VDD(輸入上拉模式下,上拉電阻開關接通,阻值約 30-50K)

外部輸入通過上拉電阻,施密特觸發器存入輸入資料暫存器 IDR,被 CPU 讀取，當輸入管腳懸空時不受外部噪聲信號干擾，

無論輸入管腳懸慷訓者被高電平驅動時，讀取的都是1. 只有在輸入端為0的時，讀取到的值才是0，因此采取的是非0輸入模式，即若讀取非0，即為1，若讀取為0，即為0，強制上拉，一般是為了輸入強高電平

3.輸入下拉模式

輸入下拉模式: 與輸入浮空模式相比較,不同之處在于內部有一個下拉電阻連接到 VSS(輸入下拉模式下,下拉電阻開關接通,阻值約 30-50K)

外部輸入通過下拉電阻,施密特觸發器存入輸入資料暫存器 IDR,被 CPU 讀取，強制下拉，一般是為了輸入強低電平

4.模擬輸入模式

上拉和下拉部分均為關閉狀態，施密特觸發器為截止狀態，通過模擬輸入通道輸入到 CPU，IO 口外部電壓為模擬量(電壓形式非電平形式), 作為模擬輸入范圍一般為 0~3.3V

將IO口作為模擬輸入介面，輸入的可能是變化的值，接收外部的模擬信號輸入

5.開漏輸出模式

開漏輸出即三極管的集電極或者MOS管的漏極進行輸出

開漏輸出可以實作線與功能，開漏輸出只能輸出強低電平，高電平需要依靠外部上拉電子拉高，適合做電流型驅動，吸收電流能力較強

注： 在輸出模式下TTL施密特觸發器為開啟狀態，所以輸出模式下仍存在輸入

(1)CPU寫入位設定/清除暫存器BSRR,映射到輸出資料暫存器ODR

(2)聯通到輸出控制電路(也就是ODR的電平)

(3)ODR電平通過輸出控制電路進入N-MOS管

開漏不使用 P-MOS(輸出1） ，故輸出不為 “0” 或 “1”，而是 “0” 或 “浮空”

(1)寫0傳輸到MOS管處，N-MOS 導通，輸出為0
(2)寫1傳輸到MOS管處，P-MOS 和 N-MOS 都不導通，輸出浮空

(1)ODR輸出0：
N-MOS截止，IO埠電平不會由ODR輸出決定，而由外部上拉/下拉決定

在輸出狀態下，輸出的電平可以被讀取，資料存入輸入資料暫存器，由CPU讀取，實作CPU讀取輸出電平

所以，當N-MOS截止時，如果讀取到輸出電平為1，不一定是我們輸出的1，有可能是外部上拉產生的1

(2)ODR輸出1：
N-MOS開啟，IO埠電平被N-MOS管拉倒VSS，使IO輸出低電平，此時輸出的低電平同樣可以被CPU讀取到

開漏輸出為不確定狀態，不具有驅動能力

6.推挽輸出模式

推挽輸出使用 P-MOS和N-MOS ，輸出為0或1

推挽輸出可以采取強高/強低輸出，可以連接數字電路

7.推挽復用輸出模式

與推挽輸出模式唯一的區別在于輸出控制電路之前電平的來源
推挽輸出模式的輸出電平是由CPU寫入輸出資料暫存器控制的，推挽復用輸出模式的輸出電平是由復用功能外設輸出決定的

8.開漏復用輸出模式

與開漏輸出模式唯一的區別在于輸出控制電路之前電平的來源
開漏輸出模式的輸出電平是由CPU寫入輸出資料暫存器控制的，開漏復用輸出模式的輸出電平是由復用功能外設輸出決定的

小結：
(1)推挽結構:兩個引數相同的三極管或MOS管分別受兩互補信號的控制，總是在一個三極管或MOS管導通的時候另一個截止，高低電平由輸出電平決定

(2)開漏輸出：只可以輸出強低電平，高電平得靠外部電阻拉高，輸出端相當于三極管的集電極，適合于做電流型的驅動，其吸收電流的能力相對強, 由于輸出電平完全由上拉電阻連接的電源電平決定，很方便的調節電平轉換

可以實作"線與"功能，"線與"指的是多個信號線直接連接在一起，只有當所有信號全部為高電平時，合在一起的總線為高電平；只要有任意一個或者多個信號為低電平，則總線為低電平

(3)推挽輸出:可以輸出強高、低電平，都具有驅動能力，可以連接數字器件

四、GPIO暫存器組

STM32G4系列控制器參考手冊 : 查看GPIO暫存器

每個GPIO包括10個暫存器來配置GPIO的具體功能（每個引腳功能都是完全可以獨立配置，互不影響）：

GPIOx_MODER：GPIO 埠模式暫存器
GPIOx_OTYPER ：GPIO 埠輸出型別暫存器
GPIOx_OSPEEDR ：GPIO 埠輸出速度暫存器
GPIOx_PUPDR ：GPIO 埠上拉/下拉暫存器
GPIOx_IDR ：GPIO 埠輸入資料
GPIOx_ODR ：GPIO 埠輸出資料暫存器
GPIOx_BSRR ：GPIO 埠置位/復位暫存器
GPIOx_LCKR ：GPIO 埠配置鎖定暫存器
GPIOx_AFRL ：GPIO 復用功能低位暫存器
GPIOx_AFRH ：GPIO 復用功能高位暫存器
GPIOx_BRR：GPIO位復位暫存器

總結

提示：這里對文章進行總結：