单个I/O既做输入口又做输出口使用问题的请教

lqz9057 · 发表于 2014-3-1 00:36:45

问题：
     对于I2C的SDA和DS18B20的数据线来讲，有时候是输出信号，有时候是输入信号。
疑惑：
     51单片机的IO口是通用输入输出，随时可输入或输出，不用设置。
     而STM32单片机IO口模式分成了输入模式和输出模式。
     难道必须每次操作IO口前都设置下它的工作模式？当设置为输出模式时不能自动的识别输入？
     必须执行“IO方向设置”？请高手指导下呗。
     泪奔中。。。。
原子哥程序代码：
//IO方向设置
#define DS18B20_IO_IN() {GPIOG->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOG->CRH|=8<<12;}
#define DS18B20_IO_OUT() {GPIOG->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOG->CRH|=3<<12;}
////IO操作函数
#define DS18B20_DQ_OUT PGout(11) //数据端口

A0
#define DS18B20_DQ_IN PGin(11) //数据端口

A0

u8 DS18B20_Read_Bit(void)     // read one bit
{
    u8 data;
DS18B20_IO_OUT();//SET PA0 OUTPUT
    DS18B20_DQ_OUT=0;
delay_us(2);
    DS18B20_DQ_OUT=1;
DS18B20_IO_IN();//SET PA0 INPUT
delay_us(12);
if(DS18B20_DQ_IN)data=1;
    else data=0;
    delay_us(50);
    return data;
}

_tank_ · 发表于 2014-3-1 02:19:28

帮顶

shihantu · 发表于 2014-3-1 03:00:22

设置成输出时,输入也是有效的,但要在输出高电平时将引脚可靠拉低,引脚电流会超出使用范围.

51的只是准输出输入引脚,和真正的通用输出输出还有差距.

这个用例,你可以考虑使用OD模式.

一般BDN · 发表于 2014-3-1 09:23:43

还是不太明白

lqz9057 · 发表于 2014-3-1 10:14:12

再仔细看了《STM32中文参考手册_V10》.pdf之后，得出如下结论，请各位同仁斟酌。
设置GPIO为输出时，电路图如下：

图1 中文参考手册原图

                  图2 中文参考手册原说明

从图1红色指示(输出走向)、紫色指示(输入走向)来看，结合图2中文字解释，可得到如下的结论：

1 设置为输出模式后，输出通道有效。

   如果是开漏模式，就是将“红色圈”中的两个MOS管中的P-MOS去掉。(此时，如果输出高电平，外部应接上拉电阻到VCC。)
   如果是推挽模式，就是“红色圈”中的两个MOS管均起作用。(此时，如果输出高电平，外部引脚由于输入控制接地了，那就有可能烧引脚)

2 设置为输出模式后，输入通道有效。

   设置为输出模式，从图1和图2描述来看，图1中的“紫色圈”施密特触发器决定是否允许输入。而图2的描述说“施密特触发输入被激活”，
因此可以认为“输入通道”有效。
   同时，图2的描述“开漏模式时，对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态”更加说明了输入模式的打开。

但是有个问题需要思考和实验。
条件：
      开漏模式，既做输出又做输入，分时进行。
问题：
    假如前一时刻t0，从输出通道输出了0。此时，红圈N-MOS导通接地，外部引脚输出0。
    假如此状态未变，下一时刻t1需要从外部引脚读入IO状态。
    外部引脚为0无所谓，正常。
    但是如果外部引脚为1，是否会因为STM32内部输出通道的N-MOS接地而把外部的1给拉为了0呢？

luofeng · 发表于 2014-3-1 11:52:17

回复【5楼】lqz9057:
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个人看法：

设置为输出模式，从图1和图2描述来看，图1中的“紫色圈”施密特触发器决定是否允许输入。而图2的描述说“施密特触发输入被激活”，
因此可以认为“输入通道”有效。
同时，图2的描述“开漏模式时，对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态”更加说明了输入模式的打开。

这段话是不是应该理解为，读I/O的状态就是读的输出呢？

shihantu · 发表于 2014-3-1 13:53:25

回复【5楼】lqz9057:
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在数字电路里这叫做竞争.会,但不一定,原因要涉及半导体制作和封装工艺.

lqz9057 · 发表于 2014-3-1 23:22:41

回复【6楼】luofeng:
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可以这么认为。但是理论上应该可以读到输入信息。
以“输出开漏模式”举例：
1 从输出通道输出“低电平”，此时N-MOS导通接地，外部引脚显示低电平。程序设置输出低电平=引脚输出低电平。（正确）
2 从输出通道输出“高电平”，此时N-MOS截至，由于外部引脚接有上拉电阻，因此外部引脚显示高电平。程序设置输出高电平=引脚输出高电平。（正确）

对于情况1、2，如果外部引脚无任何输入，自然读入的信息就是刚才的输出信息。
但是，既然做输入用，必然外部引脚还接有“其他器件”，而且该器件此时此刻将控制引脚电平。
“其他器件”的I/O可以输出“高”或“低”电平，这个“高”或“低”将影响STM32的引脚电平，从而使得输入通道读到相应的外部引脚电平。

当然，以上仅是我根据PDF文档资料的个人推断，现实是否如此，还有待于实验证明。刚弄好电路板，准备验证此事。

lqz9057 · 发表于 2014-3-1 23:23:25

回复【7楼】shihantu:
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“竞争”懂得。但是细节不太清楚，需要验证和实践。

lqz9057 · 发表于 2014-3-2 10:11:12

从MDK软件仿真来看：

“输出开漏模式”中：

1 从“输出通道”输出“低电平”，此时N-MOS导通接地。（此时，仿真时不允许修改引脚电平，因为如果外部引脚为高电平，将和输出通道的低电平短接，会出错。）
2 从“输出通道”输出“高电平”，此时N-MOS截至。（此时，仿真时允许修改引脚电平，因为此时输出通道中N-MOS截至，与地隔离，外部引脚的高低电平直接反馈到输入触发器，正确。）

总体来讲，个人感觉：
STM32的GPIO口，当设置为“开漏输出模式”时，使用方法和单片机的准双向IO口类似。
输入前必须保证该IO口的“输出锁存器”为1。

“输出推挽模式”中，均不许“人为”的改变引脚的高低电平。

luofeng · 发表于 2014-3-2 14:54:35

回复【10楼】lqz9057:
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开漏输出模式中，当没有输出时，禁止N-MOS导通？只有在有输出的时候才选择N-MOS导通？

lqz9057 · 发表于 2014-3-2 16:03:07

回复【11楼】 luofeng :
回复【10楼】 lqz9057 : --------------------------------- 开漏输出模式中，当没有输出时，禁止N-MOS导通？只有在有输出的时候才选择N-MOS导通？
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请看下图中的各颜色注释

aleda303 · 发表于 2014-3-3 10:49:02

“51单片机的IO口是通用输入输出，随时可输入或输出，不用设置”

就是相当于 STM32 的IO 配置为开漏+上拉电阻方式

所以 STM32 的 IO要灵活多了！

lqz9057 · 发表于 2014-3-6 11:37:21

回复【13楼】aleda303:
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我已经实际测试了，“STM32 的IO 配置为开漏+上拉电阻方式”进行输入输出可行。
但是就是不知道假如STM32在IO口上输出了低电平，此时N-MOS导通了，那么下一时刻从外部引脚给了个高电平。

这是，内部的N-MOS就承担了“高”“低”电平的电压差，会过流烧坏么？

不敢实验。

我测试时是在输入前程序输出高，把N-MOS截止了。

aleda303 · 发表于 2014-3-6 12:00:16

很有可能。

开漏输出一般用于总线，输入输出都有上拉驱动，多个并联在一起。其它输出为高的时候，其中一个为低总线即为低，而由于有上拉电阻的限流作用，不会烧毁。

lqz9057 · 发表于 2014-3-7 07:50:10

回复【15楼】aleda303:
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嗯有道理。

使用的地方不同，效果不同。
通用输入输出时，还是小心为妙。

wyudcl · 发表于 2014-12-26 09:30:44

我也在找这个问题的答案，谢谢楼主分享。

wyudcl · 发表于 2014-12-26 21:00:34

回复【13楼】aleda303:
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请问下，这里具体是怎么设置的，
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD | GPIO_Mode_IPU; //开漏输出和上拉输入
出现警告：
..\HARDWARE\SHUMAGUAN\shumaguan.c(24): warning: #188-D: enumerated type mixed with another type