文章目錄

• 搭建機(jī)器人電控系統(tǒng)——MCU基石
• GPIO是什么？
• • GPIO的模式
  • • 5種輸入模式：
    • 4種輸出模式：
  • GPIO的輸出速度

搭建機(jī)器人電控系統(tǒng)——MCU基石

在上一章中，我講解了搭建一個機(jī)器人電控系統(tǒng)的前期準(zhǔn)備工作，包括電源的選擇和主控的開發(fā)，經(jīng)過一些基礎(chǔ)的單片機(jī)任務(wù)之后，現(xiàn)在你應(yīng)該對單片機(jī)的一些編程習(xí)慣有了掌握。

在本章中，我將會按照一個機(jī)器人的底盤到上層機(jī)構(gòu)的順序，單獨來對每一個機(jī)構(gòu)的電控部分進(jìn)行講解。從中分別來詳細(xì)展示運動模型、通信協(xié)議、PWM輸出和算法部分，從而讓你學(xué)會如何用MCU去控制每個部分機(jī)構(gòu)的運動。

不過在這之前，我會以STM32F407為例，先補(bǔ)充一些關(guān)于MCU的基本知識原理：

STM32系統(tǒng)架構(gòu)
STM32時鐘配置
GPIO原理
中斷NVIC與EXTI

---

GPIO是什么？

IO口是單片機(jī)除了特殊引腳之外的輸出輸入引腳，GPIO也是各大外設(shè)功能中的一種。之所以把GPIO單獨拿出來講解，是因為GPIO是IO口最基本的功能，在你初始化任何外設(shè)的功能的時候，除了都要使能時鐘以外，你基本都要先初始化GPIO的結(jié)構(gòu)體：

所以我們說，外設(shè)正常工作的激勵來源是時鐘信號，而外設(shè)的硬件環(huán)境是GPIO。
GPIO（General-purpose input/output），通用輸入輸出口，其電路原理圖如下圖所示：

我們在初始化它的結(jié)構(gòu)體的時候，通常有以下兩大要點：

GPIO的模式

5種輸入模式：

GPIO的輸入模式表示信息或者激勵從IO引腳獲得，比如按鍵檢測、ADC采集、PWM捕獲等。

①輸入浮空模式Floating

IO引腳不接任何上拉或下拉電阻，即在空閑狀態(tài)下IO引腳的電平狀態(tài)不確定。

②輸入上拉模式IPD

IO引腳接上拉電阻，即在空閑狀態(tài)下IO引腳的電平狀態(tài)為高。

③輸入下拉模式IPU

IO引腳接下拉電阻，即在空閑狀態(tài)下IO引腳的電平狀態(tài)為低。

④模擬輸入模式AIN

IO引腳作為模擬量采集輸入，如ADC，即不經(jīng)過TTL施密特觸發(fā)器進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換成TTL格式。

⑤復(fù)用功能輸入

IO引腳復(fù)用（既有GPIO的功能也有其他外設(shè)功能）到其他外設(shè)上（比如串口功能外設(shè)），此時作為輸出RX引腳讀取外部數(shù)據(jù)信息。

4種輸出模式：

GPIO的輸出模式表示信息從IO引腳輸出，比如點亮LED燈、輸出PWM波等。

①開漏輸出模式DD

MCU內(nèi)信息從寄存器輸出，經(jīng)過N-MOS管到IO引腳。當(dāng)輸出為高電平時，N-MOS關(guān)閉，此時IO引腳電平僅由上拉或下拉電阻決定。

②開漏復(fù)用輸出模式AFDD

MCU內(nèi)信息從外設(shè)模塊輸出，經(jīng)過N-MOS管到IO引腳。當(dāng)輸出為高電平時，N-MOS關(guān)閉，此時IO引腳電平僅由上拉或下拉電阻決定。

③推挽輸出模式PP

MCU內(nèi)信息從寄存器輸出，經(jīng)過P-MOS管道IO引腳。當(dāng)輸出為低電平時，P-MOS關(guān)閉，此時IO引腳電平僅由上拉或下拉電阻決定。

④推挽復(fù)用輸出模式AFPP

MCU內(nèi)信息從外設(shè)模塊輸出，經(jīng)過P-MOS管道IO引腳。當(dāng)輸出為低電平時，P-MOS關(guān)閉，此時IO引腳電平僅由上拉或下拉電阻決定。

---

GPIO的輸出速度

GPIO輸出的速度有2MHZ、25MHZ、50MHZ、100MHZ。頻率表示輸出驅(qū)動電路的帶寬。設(shè)置GPIO的速度時要保證頻率（帶寬）大于驅(qū)動對象信號頻率（一般大于10倍以上）。

比如：串口波特率為115.2K，則用2M的速度即可，省點且噪聲小；CAN通信配置波特率為1MHZ，則用25MHZ以上可以，如果用2MHZ可能會導(dǎo)致失真。

一個點燈的例程：

因為是要點燈，假設(shè)這個燈是高電平點亮，即外部接地。所以設(shè)置GPIO模式為推挽輸出，這樣我程序里設(shè)高就能亮。（如果設(shè)置為開漏輸出，那么程序設(shè)高沒用，得看IO對應(yīng)引腳是被上拉還是下拉。）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的搭建机器人电控系统——MCU基石——STM32 GPIO原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。