单片机IO速度配置简介

一路上

前言

这是个初学者不会去了解的问题，老司机也有可能掉坑的问题；问题看起来比较简单，相信很多人都能说出答案。但是很多人都只是停留在表面，没有在项目中经历过，也没有更深入的去了解。

很早以前单片机可能没有输出速度这个配置选项，后来的单片机基本都有配置速度的选项，下面结合STM32简单介绍一下。

GPIO输出速度模式

GPIO 引脚速度： GPIO_Speed_2MHz (10MHz, 50MHz) ；又称输出驱动电路的响应速度：（芯片内部在I/O口的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路，用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路，通过选择速度来选择不同的输出驱动模块，达到最佳的噪声控制和降低功耗的目的。）

可理解为输出驱动电路的带宽：即一个驱动电路可以不失真地通过信号的最大频率。(如果一个信号的频率超过了驱动电路的响应速度，就有可能信号失真。)

如果信号频率为10MHz，而你配置了2MHz的带宽，则10MHz的方波很可能就变成了正弦波。就好比是公路的设计时速，汽车速度低于设计时速时，可以平稳地运行，如果超过设计时速就会颠簸，甚至翻车。

注意： GPIO的引脚速度跟应用相匹配，速度配置越高，噪声越大，功耗越大。（带宽速度高的驱动器耗电大、噪声也大，带宽低的驱动器耗电小、噪声也小。）

GPIO输出速度配置

不管标准外设库，还是STM32CubeMX配置GPIO输出引脚，都会有速度GPIO_InitStruct.Speed这个选项，如下：

1. GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
   
2. GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
   
3. GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
   
4. GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
   
5. HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

复制代码

根据不同MCU型号，速度选项，有些有3个，有些有4个。一般定义在xxx_gpio.h文件中。

1. #define GPIO_Speed_2MHz  GPIO_Speed_Level_1   /*!< I/O output speed: Low 2 MHz  */
   
2. #define GPIO_Speed_10MHz GPIO_Speed_Level_2   /*!< I/O output speed: Medium 10 MHz */
   
3. #define GPIO_Speed_50MHz GPIO_Speed_Level_3   /*!< I/O output speed: High 50 MHz */

复制代码

1. #define  GPIO_SPEED_FREQ_LOW        (0x00000000u)  /*!< Low speed       */
   
2. #define  GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM     (0x00000001u)  /*!< Medium speed    */
   
3. #define  GPIO_SPEED_FREQ_HIGH       (0x00000002u)  /*!< High speed      */
   
4. #define  GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH  (0x00000003u)  /*!< Very high speed */

复制代码

对于普通输出GPIO，使用STM32CubeMX配置，默认配置低：

当然，如果配置成其他模式，有可能是中或高。

1.USART串口，若最大波特率只需115.2k，那用2M的速度就够了，既省电也噪声小。

2.I2C接口，若使用400k波特率，若想把余量留大些，可以选用10M的GPIO引脚速度。

3.SPI接口，若使用18M或9M波特率，需要选用50M的GPIO的引脚速度。

测量GPIO输出波形

用示波器测量过GPIO输出波形，特别是在高速（单位M）的时候经常测量MCO引脚输出时钟；如果输出速度高于配置速度，会明显看到波形会出现不完整，幅度低等失真现象。

结语

速度配置决定IO口驱动电路的响应速度，需要结合实际情况配置速度；不同速度会有不同的影响，差异如下：

配置高速：输出频率高，噪音大，功耗高，电磁干扰强；
配置低速：输出频率低，噪音小，功耗低，电磁干扰弱；提高系统EMI（电磁干扰）性能；

在实际情况中，比如低功耗的产品会考虑功耗；环境不好与通信不稳定的场合，会考虑电磁干扰等。

更多关于IO的内容请看：详解GPIO工作原理和八种模式，STM32 GPIO配置寄存器（CRL、CRH）入门指南。