Рисунок 5: Диалоговое окно Pin Configuration может использоваться для конфигурации режима

I/O

6.2.2. Режим альтернативной функции GPIO

Большинство GPIO имеют так называемые «альтернативные функции», то есть их можно использовать в качестве I/O как минимум одного внутреннего периферийного устройства. Однако имейте в виду, что любой I/O может подключиться только к одному периферийному устройству одновременно.

Рисунок 6: Используя CubeMX легко обнаружить альтернативные функции вводов/выводов

Чтобы узнать, какие периферийные устройства могут подключиться к I/O, вы можете обратиться к техническому описанию микроконтроллера или просто использовать инструмент CubeMX. Щелчок мышью по выводу в представлении Chip вызывает всплывающее меню. В этом меню мы можем назначить желаемую альтернативную функцию. Например, на рисунке 6 вы можете увидеть, что PA3 может использоваться как USART2_RX (то есть он может использоваться как вывод RX для периферийного устройства USART/UART2, и это возможно для каждого микроконтроллера STM32 с корпусом LQFP48). CubeMX автоматически сгенерирует для нас правильный код инициализации, который показан ниже:

Рисунок 7: Влияние скорости нарастания на прямоугольный сигнал:

красный = желаемый выходной сигнал (идеальный), зеленый = реальный выходной сигнал

Рисунок 7 четко показывает это явление. Красный меандр – это сигнал, который мы получили бы, если бы скорость отклика была бесконечной, и, следовательно, не было бы задержки отклика. На практике же мы получаем зеленый меандр.

Но насколько этот параметр влияет на скорость нарастания вывода STM32? Прежде всего, мы должны сказать, что каждое семейство STM32 имеет свои характеристики управления I/O. Поэтому вам необходимо проверить техническое описание вашего микро-

контроллера в разделе Absolute Maximum Ratings (Максимально достижимые зна-

чения). Затем, мы можем использовать этот простой тест для измерения скорости нарастания (тест проводится на плате Nucleo-F446RE).

int main(void) {

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

HAL_Init();

__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();

/* Конфигурирование вывода GPIO : PC4 */

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4;

GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;

HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

/* Конфигурирование вывода GPIO : PC8 */

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8;

GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;

HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

while(1) {

GPIOC->ODR = 0x110; GPIOC->ODR = 0;

}

}

Данный код, несомненно, говорит сам за себя. Мы конфигурируем два вывода в качестве выходов. Один из них, PC4, сконфигурирован на скорость GPIO_SPEED_FREQ_LOW. Другой, PC8, – на GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH. Рисунок 8 показывает разницу между двумя выводами. Как мы видим, скорость PC4 составляет около 25 МГц, в то время как скорость вывода PC8 составляет около 50 МГц9.

Рисунок 8: На верхнем рисунке показана скорость нарастания вывода PC4, а на рисунке ниже –

скорость нарастания вывода PC8.

Тем не менее, имейте в виду, что «слишком жесткое» управление выводом влияет на общее излучение вашей платы. Профессиональная разработка в наше время сводит к минимуму EMI (электромагнитные помехи). Настоятельно рекомендуется оставить параметр скорости GPIO по умолчанию на минимальном уровне, если не требуется иное.

Что можно сказать об эффективной частоте переключения? ST утверждает в своих технических описаниях, что самая быстрая скорость переключения вывода – каждые два такта шины. В микроконтроллере STM32F446 шина AHB1, к которой подключены все GPIO, работает на частоте 42 МГц. Таким образом, вывод должен переключаться с частотой примерно 20 МГц. Однако мы должны добавить дополнительные накладные расходы, связанные с передачей памяти между регистром GPIO->ODR и значением, которое мы собираемся сохранить в нем (0x110), что стоит еще один тактовый цикл ЦПУ. Таким

9 К сожалению, щупы моего осциллографа имеют вдвое большую нагрузочную емкость, чем необходимо для проведения точных измерений. Согласно техническому описанию STM32F446RE, его максимальная частота переключения составляет 90 МГц при емкости нагрузки CL = 30 пФ, напряжении питания VDD ≥ 2,7 В и активированной компенсационной ячейке (I/O compensation sell). Но я не смог получить эти результаты из-за плохого осциллографа и, вероятно, из-за длины дорожек, соединяющих гребенку штыревых morpho-разъемов Nucleo с выводами микроконтроллера.