GPIO信號完整性測試，GPIO電源完整性測試，GPIO時序測試，GPIO時鐘測試

GPIO_InitTypeDef structure

GPIO_InitTypeDef定義于文件“stm32f10x_gpio.h”： 

typedef struct  {

u16 GPIO_Pin;

GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;  

GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;  

}

GPIO_InitTypeDef;

GPIO_Pin

該參數(shù)選擇待設置的GPIO管腳，使用操作符“|”可以一次選中多個管腳。可以使用下表中的任意組合。 

GPIO_Pin_None：   無管腳被選中  

GPIO_Pin_x：          選中管腳x（0--15）

GPIO_Pin_All：        選中全部管腳

GPIO_Speed  

GPIO_Speed：

用以設置選中管腳的速率。 

GPIO_Speed_10MHz： 輸出速率10MHz 

 GPIO_Speed_2MHz：  輸出速率2MHz

GPIO_Speed_50MHz： 輸出速率50MHz

GPIO_Mode

GPIO_Mode：

用以設置選中管腳的工作狀態(tài)。 

GPIO_Mode_AIN：                  模擬輸入

GPIO_Mode_IN_FLOATING： 浮空輸入  

GPIO_Mode_IPD：                  下拉輸入

GPIO_Mode_IPU：                  上 拉輸入  

GPIO_Mode_Out_OD：           開漏輸出  

GPIO_Mode_Out_PP：             推挽輸出  

GPIO_Mode_AF_OD：            復用開漏輸出  

GPIO_Mode_AF_PP：             復用推挽輸出

函數(shù)GPIO_StructInit

功能描述：把GPIO_InitStruct中的每一個參數(shù)按缺省值填入 例：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  

GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure); 

GPIO_InitStruct：

GPIO_Pin：GPIO_Pin_All  

GPIO_Speed：GPIO_Speed_2MHz 

 GPIO_Mode：GPIO_Mode_IN_FLOATING

函數(shù)GPIO_ReadInputDataBit 

功能描述：讀取指定端口管腳的輸入 

例：

u8 ReadValue;

ReadValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_7);

函數(shù)GPIO_ReadInputData

功能描述：讀取指定的GPIO端口輸入

u16 ReadValue;

ReadValue = GPIO_ReadInputData(GPIOC);

函數(shù)GPIO_ReadOutputDataBit 

功能描述：讀取指定端口管腳的輸出 

ReadValue = GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_7);

函數(shù)GPIO_ReadOutputData

功能描述：讀取指定的GPIO端口輸出 

ReadValue = GPIO_ReadOutputData(GPIOC);

函數(shù)GPIO_SetBits

功能描述：置位指定的數(shù)據(jù)端口位

例： 將端口GPIOA的第10、15腳置1（高電平） 

GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_15);

函數(shù)GPIO_ResetBits

功能描述：清除指定的數(shù)據(jù)端口位

例：將端口GPIOA的第10、15腳置0（低電平）

GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_15);

函數(shù)GPIO_WriteBit

功能描述：設置或者清除指定的數(shù)據(jù)端口位 

GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_15, Bit_SET);

函數(shù)GPIO_Write

功能描述：向指定GPIO數(shù)據(jù)端口寫入數(shù)據(jù) 

GPIO_Write(GPIOA, 0x1101);

函數(shù)GPIO_PinLockConfig

功能描述：鎖定GPIO管腳設置寄存器 

GPIO_PinLockConfig(GPIOA, GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1);

函數(shù)GPIO_EventOutputConfig

功能描述：選擇GPIO管腳用作事件輸出 例：

GPIO_EventOutputConfig(GPIO_PortSourceGPIOE, GPIO_PinSource5);

GPIO_PortSource

GPIO_PortSource用以選擇用作事件輸出的GPIO端口。

函數(shù)GPIO_EventOutputCmd

功能描述：使能或者失能事件輸出 例：

GPIO_EventOutputConfig(GPIO_PortSourceGPIOC, GPIO_PinSource6);  

GPIO_EventOutputCmd(ENABLE);

函數(shù)GPIO_PinRemapConfig 

功能描述：改變指定管腳的映射 例：

GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_I2C1, ENABLE);

一．GPIO概述

1、共有8種模式，可以通過編程選擇：

1. 浮空輸入       2. 帶上拉輸入      3. 帶下拉輸入      4. 模擬輸入

5. 開漏輸出——(此模式可實現(xiàn)hotpower說的真雙向IO)       6. 推挽輸出

7. 復用功能的推挽輸出    8. 復用功能的開漏輸出

模式7和模式8需根據(jù)具體的復用功能決定。      

2、專門的寄存器(GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR)實現(xiàn)對GPIO口的原子操作，即回避了設置或清除I/O端口時的“讀-修改-寫”操作，使得設置或清除I/O端口的操作不會被中斷處理打斷而造成誤動作。

3、每個GPIO口都可以作為外部中斷的輸入，便于系統(tǒng)靈活設計。

4、I/O口的輸出模式下，有3種輸出速度可選(2MHz、10MHz和50MHz)，這有利于噪聲控制。這個速度是指I/O口驅動電路的響應速度而不是輸出信號的速度，輸出信號的速度與程序有關（芯片內部在I/O口的輸出部分安排了多個響應速度不同的輸出驅動電路，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇合適的驅動電路）。通過選擇速度來選擇不同的輸出驅動模塊，達到的噪聲控制和降低功耗的目的。高頻的驅動電路，噪聲也高，當不需要高的輸出頻率時，請選用低頻驅動電路，這樣非常有利于提高系統(tǒng)的EMI性能。當然如果要輸出較高頻率的信號，但卻選用了較低頻率的驅動模塊，很可能會得到失真的輸出信號。  

    4.1各種接口的措施：      

       4.1.1對于串口，假如波特率只需115.2k，那么用2M的GPIO的引腳速度就夠了，既省電也噪聲小。

      4.1.2對于I2C接口，假如使用400k波特率，若想把余量留大些，那么用2M的GPIO的引腳速度或許不夠，這時可以選用10M的GPIO引腳速度。

      4.1.3對于SPI接口，假如使用18M或9M波特率，用10M的GPIO的引腳速度顯然不夠了，需要選用50M的GPIO的引腳速度。

    4.2 GPIO口設為輸入時，輸出驅動電路與端口是斷開，輸出速度配置無意義。   

    4.3 在復位期間和剛復位后，復用功能未開啟，I/O端口被配置成浮空輸入模式。  

    4.4 所有端口都有外部中斷能力。為了使用外部中斷線，端口必須配置成輸入模式。  

    4.5 GPIO口的配置具有上鎖功能，當配置好GPIO口后，可以通過程序鎖住配置組合，直到下次芯片復位才能解鎖。

5、所有I/O口兼容CMOS和TTL，多數(shù)I/O口兼容5V電平。

6、大電流驅動能力：GPIO口在高低電平分別為0.4V和VDD-0.4V時，可以提供或吸收8mA電流；如果把輸入輸出電平分別放寬到1.3V和VDD-1.3V時，可以提供或吸收20mA電流。

7、具有獨立的喚醒I/O口。

8、很多I/O口的復用功能可以重新映射。

9、GPIO口的配置具有上鎖功能，當配置好GPIO口后，可以通過程序鎖住配置組合，直到下次芯片復位才能解鎖。此功能非常有利于在程序跑飛的情況下保護系統(tǒng)中其他的設備，不會因為某些I/O口的配置被改變而損壞——如一個輸入口變成輸出口并輸出電流。

二．推挽結構

一般是指兩個三極管分別受兩互補信號的控制,總是在一個三極管導通的時候另一個截止.要實現(xiàn)線與需要用OC(open collector)門電路 .如果輸出級的有兩個三極管，始終處于一個導通、一個截止的狀態(tài)，也就是兩個三級管推挽相連，這樣的電路結構稱為推拉式電路或圖騰柱（Totem- pole）輸出電路（可惜，圖無法貼上）。當輸出低電平時，也就是下級負載門輸入低電平時，輸出端的電流將是下級門灌入T4；當輸出高電平時，也就是下級負載門輸入高電平時，輸出端的電流將是下級門從本級電源經(jīng) T3、D1 拉出。這樣一來，輸出高低電平時，T3 一路和 T4 一路將交替工作，從而減低了功耗，提高了每個管的承受能力。又由于不論走哪一路，管子導通電阻都很小，使RC常數(shù)很小，轉變速度很快。推拉式輸出級既提高電路的負載能力，又提高開關速度。供你參考。

推挽電路是兩個參數(shù)相同的三極管或MOSFET,以推挽方式存在于電路中,各負責正負半周的波形放大任務,電路工作時，兩只對稱的功率開關管每次只有一個導通，導通損耗小效率高。

輸出既可以向負載灌電流，也可以從負載抽取電流

三．開漏電路

在電路設計時我們常常遇到開漏（open drain）和開集（open collector）的概念。所謂開漏電路概念中提到的“漏”就是指MOSFET的漏極。同理，開集電路中的“集”就是指三極管的集電極。開漏電路就是指以MOSFET的漏極為輸出的電路。一般的用法是會在漏極外部的電路添加上拉電阻。完整的開漏電路應該由開漏器件和開漏上拉電阻組成。

組成開漏形式的電路有以下幾個特點：

1. 利用 外部電路的驅動能力，減少IC內部的驅動。當IC內部MOSFET導通時，驅動電流是從外部的VCC流經(jīng)R pull-up ，MOSFET到GND。IC內部僅需很下的柵極驅動電流。如圖1。

2. 可以將多個開漏輸出的Pin，連接到一條線上。形成 “與邏輯” 關系。如圖1，當PIN_A、PIN_B、PIN_C任意一個變低后，開漏線上的邏輯就為0了。這也是I2C，SMBus等總線判斷總線占用狀態(tài)的原理。

3. 可以利用改變上拉電源的電壓，改變傳輸電平。如圖2, IC的邏輯電平由電源Vcc1決定，而輸出高電平則由Vcc2決定。這樣我們就可以用低電平邏輯控制輸出高電平邏輯了。     

4. 開漏Pin不連接外部的上拉電阻，則只能輸出低電平(對于經(jīng)典的51單片機的P0口而言，要想做輸入輸出功能必須加外部上拉電阻，否則無法輸出高電平邏輯)。      

5. 標準的開漏腳一般只有輸出的能力。添加其它的判斷電路，才能具備雙向輸入、輸出的能力。

應用中需注意：

1.   開漏和開集的原理類似，在許多應用中我們利用開集電路代替開漏電路。例如，某輸入Pin要求由開漏電路驅動。則我們常見的驅動方式是利用一個三極管組成開集電路來驅動它，即方便又節(jié)省成本。如圖3。

2. 上拉電阻R pull-up的 阻值 決定了 邏輯電平轉換的沿的速度 。阻值越大，速度越低功耗越小。亦然。

Push-Pull輸出就是一般所說的推挽輸出，在CMOS電路里面應該較CMOS輸出更合適，應為在CMOS里面的push－pull輸出能力不可能做得雙極那么大。輸出能力看IC內部輸出極N管P管的面積。和開漏輸出相比，push－pull的高低電平由IC的電源低定，不能簡單的做邏輯操作等。 push－pull是現(xiàn)在CMOS電路里面用得多的輸出級設計方式。  at91rm9200 GPIO 模擬I2C接口時注意！！

四.OC、OD

集電極開路門(集電極開路 OC 或源極開路OD)

open-drain是漏極開路輸出的意思，相當于集電極開路(open-collector)輸出，即ttl中的集電極開路（oc）輸出。一般用于線或、線與，也有的用于電流驅動。

open-drain是對mos管而言，open-collector是對雙極型管而言，在用法上沒啥區(qū)別。

開漏形式的電路有以下幾個特點：

1.利用外部電路的驅動能力，減少IC內部的驅動。 或驅動比芯片電源電壓高的負載.      2. 可以將多個開漏輸出的Pin，連接到一條線上。通過一只上拉電阻，在不增加任何器件的情況下，形成“與邏輯”關系。這也是I2C，SMBus等總線判斷總線占用狀態(tài)的原理。如果作為圖騰輸出必須接上拉電阻。接容性負載時，下降延是芯片內的晶體管，是有源驅動，速度較快；上升延是無源的外接電阻，速度慢。如果要求速度高電阻選擇要小，功耗會大。負載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。

3.可以利用改變上拉電源的電壓，改變傳輸電平。例如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS電平輸出等。

4.開漏Pin不連接外部的上拉電阻，則只能輸出低電平。一般來說，開漏是用來連接不同電平的器件，匹配電平用的。

5.正常的CMOS輸出級是上、下兩個管子，把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了。這種輸出的主要目的有兩個：電平轉換和線與。      6.由于漏級開路，后級電路必須接一上拉電阻，上拉電阻的電源電壓就可以決定輸出電平。這樣你就可以進行任意電平的轉換了。

7.線與功能主要用于有多個電路對同一信號進行拉低操作的場合，如果本電路不想拉低，就輸出高電平，因為OPEN-DRAIN上面的管子被拿掉，高電平是靠外接的上拉電阻實現(xiàn)的。（而正常的CMOS輸出級，如果出現(xiàn)一個輸出為高一個為低時，等于電源短路。）

8.OPEN-DRAIN提供了靈活的輸出方式，也有其弱點，就是帶來上升沿的延時。因為上升沿是通過外接上拉無源電阻對負載充電，當電阻選擇小時延時就小，但功耗大；延時大功耗小。如果對延時有要求，則建議用下降沿輸出。

?五.線或邏輯與線與邏輯

在一個結點(線)上, 連接一個上拉電阻到電源 VCC 或 VDD 和 n 個 NPN 或 NMOS 晶體管的集電極 C 或漏極 D, 這些晶體管的發(fā)射極 E 或源極 S 都接到地線上, 只要有一個晶體管飽和, 這個結點(線)就被拉到地線電平上.

因為這些晶體管的基極注入電流(NPN)或柵極加上高電平(NMOS), 晶體管就會飽和, 這些基極或柵極對這個結點(線)的關系是或非 NOR 邏輯. 如果這個結點后面加一個反相器, 就是或 OR 邏輯.

注：個人理解：線與，接上拉電阻至電源。(~A)&(~B)=~(A+B)，由公式較容易理解線與此概念的由來 ；

如果用下拉電阻和 PNP 或 PMOS 管就可以構成與非 NAND 邏輯, 或用負邏輯關系轉換與/或邏輯.

注：線或，接下拉電阻至地。(~A)+(~B)=~(AB);

這些晶體管常常是一些邏輯電路的集電極開路 OC 或源極開路 OD 輸出端. 這種邏輯通常稱為線與/線或邏輯, 當你看到一些芯片的 OC 或 OD 輸出端連在一起, 而有一個上拉電阻時, 這就是線或/線與了, 但有時上拉電阻做在芯片的輸入端內.

順便提示如果不是 OC 或 OD 芯片的輸出端是不可以連在一起的, 總線 BUS 上的雙向輸出端連在一起是有管理的, 只能有一個作輸出, 而其他是高阻態(tài)只能輸入