如何理解STM32单片机引脚的复用功能?

1、对于单片机而言，GPIO引脚的配置是很基础也是很重要的。错误的引脚配置非但不能实现想要的功能，而且出错时往往不容易查找，耽误调试的时间。这就需要编程调试人员对GPIO引脚的配置有很好的理解。今天这篇文章，我们就来谈谈STM32Fxx系列单片机引脚的复用功能（Alternate Function)。

2、STM32Fxx系列单片机的GPIO引脚可以配置为浮空输入（Input Floating）、上拉输入（Input Pull-up）、下拉输入（Input Pull-down）、模拟量（Analog）、开漏输出（Output Open-drain）、推挽输出（Output Push-pull）、复用开漏（Alternate function open-drain）输出和复用推挽（Alternate function push-pull）输出等八种模式。下图为芯片数据手册的内容:

3、上拉电阻，在引脚空闲状态下（无外部输入时），给引脚一个默认的电平状态（高电平）

下拉电阻，在引脚空闲状态下（无外部输入时），给引脚一个默认的电平状态（低电平）

开漏输出，可以直接输出一个低电平，但是不能直接输出高电平（可以借助外部上拉电阻）

推挽输出，可以直接输出高电平和低电平

4、输入模式

注意：每个引脚内部都有两个电阻（上拉电阻+下拉电阻），但是引脚内部的上拉电阻是一个弱上拉（驱动能力比较弱），如果打算给引脚一个确定的电平，建议在引脚外部接上拉电阻。

5、输出模式

MOS管和N-MOS管循环导通，这样的好处是可以提高负载能力和切换速度，并且可以降低功耗。

先来介绍下开漏输出和推挽输出的区别：

STM32Fxx系列单片机的输出电路有两个MOS管：P-MOS和N-MOS。

在开漏输出模式下，P-MOS管不工作，只有N-MOS管起作用。若输出数据寄存器的值为0，则N-MOS导通，IO口输出低电平；若输出数据寄存器的值为1，则N-MOS截止；由于P-MOS不工作，此时IO口既不是高电平，也不是低电平，这种状态被称为高阻态。

在推挽输出模式下，若输出数据寄存器的值为0，则N-MOS导通，P-MOS截止，IO口输出低电平；若输出数据寄存器的值为1，则N-MOS截止，P-MOS导通，IO口输出高电平；

我们知道STM32Fxx单片机还有复用开漏输出和复用推挽输出，它们和上面讲到的（普通）开漏输出和（普通）推挽输出有什么区别呢？

这就涉及到针脚的复用功能。

我们知道，STM32Fxx内部集成了很多的外设控制器，比如USART、SPI、bxCAN等等，这些外设控制器，也需要通过引脚与外设连接。复用功能是相对于单片机的引脚而言的。所谓“复用功能”，是指单片机的引脚既可以做普通GPIO使用，也可以作为内部外设控制器的引脚来使用。

比如我们来看看STM32F103xx单片机的PA5引脚，如下图：

首先，PA5可以做为普通GPIO来使用；其次，如果作为外设的引脚，它可以作为SPI1的时钟（SPI1_SCK）、DAC的输出通道1（DAC_OUT1）或者ADC的输入通道5（ADC12_IN5）。

PA5支持的三种外设（SPI1、DAC、ADC）在同一时刻只能选择一种，选择的方法是开启相应外设的时钟，并使其它外设的时钟保持关闭状态。如果PA5被配置为复用功能，但是没有开启它支持的任何外设的时钟，它的输出是不确定的。

复用推挽输出和（普通）推挽输出在输出的时候均使用两个MOS管（P-MOS和-MOS），其输出电路是相同的。区别在于控制输出的信号来源：（普通）推挽输出控制MOS管的信号来自输出数据寄存器，而复用推挽输出的控制信号来自单片机的内置外设控制器（比如SPI1）。

复用开漏输出和（普通）开漏输出的道理是一样的。

下面这张图，是普通GPIO输出的引脚配置图，可以看到其输出信号来自输出数据寄存器（Output data register）：

下面这张图，是选择复用功能后的引脚配置图，可以看到其输出信号来自芯片内置的外设控制器：

注：虽然复用模式的控制信号来自内置外设控制器，但是单片机（CPU）依然可以读取相应的数据。在复用推挽输出模式下，单片机可以通过读取输出数据寄存器（Output Data Register）的数据来获取上次输出的值；在复用开漏输出的模式下，单片机可以通过读取输入数据寄存器（Input Data Register）的值来获取引脚的状态。

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