STM32-按键光敏传感器----原理（待补充）

1.GPIO

1.1 GPIO的基本结构

  在每个GPIO模块内，主要包含了寄存器和驱动器，寄存器就是一段特殊的存储器，内核可以通过APB2总线对寄存器进行读写，这样就可以完成输出电平和读取电平的功能了，寄存器的每一位对应一个引脚，其中，输出寄存器写1，对应的引脚就会输出高电平，写0就会输出低电平，输入寄存器读取为1，就证明对应的端口目前是高电平，读取为0，就是低电平；

STM32是32位单片机，所以STM32内部的寄存器都是32位的，但这个芯片的端口只有16位，所以这个寄存器只有低16位有对应的端口，高16位是没有用的；

驱动器是用来增加信号的驱动能力，寄存器只负责存储数据，如果要进行点灯这样的操作，还是需要驱动器来负责增大驱动能力。

1.2 GPIO位结构

左边三个是寄存器，中间部分是驱动器，右边是某一个IO口的引脚，如下图。

整体结构可以分为两个部分，上面是输入部分，下面是输出部分。

1.2.1 输入部分

     首先是IO引脚，这里接了两个保护二极管，是对输入电压进行限幅的，上面二极管接VDD，3.3V，下面二极管接VSS，0V；如果输入电压比3.3v还要高，那上方这个二极管就会导通，输入电压产生的电流就会直接流入VDD而不会流入内部电路，这样就可以避免过高的电压对内部电路产生伤害。

如果输入电压在0-3.3v之间，那两个保护二极管均不会导通，这时二极管对电路没有影响，这就是保护二极管的用途。

1.2.2 上拉和下拉电阻

上拉和下拉的作用：是为了给输入提供一个默认的输入电平，因为对应一个数字的端口，输入不是高电平就是低电平；如果输入引脚哈都不接，这时输入就会处于一个浮空状态，引脚的输入电平极易受外界干扰而改变；为了避免引脚悬空导致的输入数据不稳定，我们就需要在这里加上上拉或下拉电阻

上拉电阻至VDD，下拉电阻至VSS，这个开关是可以通过程序进行配置的。

上面导通、下面断开，就是上拉输入模式；上面断开、下面导通，就是下拉输入模式；上面断开、下面断开，就是浮空输入模式。

如果接入上拉电阻，当引脚悬空时，还有上拉电阻来保证引脚的高电平，所以上拉输入是默认为高电平的输入模式，下拉也是同理。

上拉电阻和下拉电阻的阻值都是比较大的，是一种弱上拉和弱下拉 ，目的是尽量不影响正常的输入操作。

2.GPIO输入

按键简介

按键：常见的输入设备，按下导通，松手断开

按键抖动：由于按键内部使用的是机械式弹簧片来进行通断的，所以在按下和松手的瞬间会伴随有一连串的抖动.

传感器模块简介

传感器模块：传感器元件（传感器模块就是利用传感器元件，比如光敏电阻/热敏电阻/红外接收管等）的电阻会随外界模拟量的变化而变化（比如光线越强，光敏电阻的阻值就越小），通过与定值电阻进行串联分压即可得到模拟电压输出，再通过电压比较器进行二值化（二值化就是要么是高要么是低）即可得到数字电压输出。

这个N1就是传感器元件所代表的可变电阻，它的阻值可以根据环境的光线、温度等模拟两进行变化

N1上面的R1，是和N1进行分压的定值电阻，R1和N1串联，一端接VCC一端接VSS，这就构成了基本的分压电路，AO电压就由R1和N1两个电阻的分压得到。 

N1左边的C2是一个滤波电容，是为了给中间的电压输出进行滤波的，用来滤除一些干扰，保证输出电压波形的平滑。一般我们在电路中遇到一端接到电路中，另一端接地的电容，都可以考虑一下是不是滤波电容的作用，它并不是电路的主要框架，在进行分析电路时，就可以先把这个电容抹掉，这样就可使我们的电路分析更加简单。

二值化输出是通过这个LM393芯片来完成，是一个电压比较器芯片，里面由两个独立的电压比较器电路，然后剩下的是VCC和GND供电，里面电容是一个电源供电的滤波电容，这个电压比较器其实就是一个运算放大器，当同向输入端的电压大于反向输入端的电压时，输出就会瞬间升高为最大值也就是输出接VCC；反之当同向输入端的电压小于反向输入端的电压时，输出就会瞬间降为最小值，也就是输出接GND，这样就可以对一个模拟电压进行二值化了，DO就是最后数字电压的输出。

知识点：

上拉输入：若GPIO引脚配置为上拉输入模式，在默认情况下（GPIO引脚无输入），读取的GPIO引脚数据为1，即高电平。

 下拉输入：若GPIO引脚配置为下拉输入模式，在默认情况下（GPIO引脚无输入），读取的GPIO引脚数据为0，即低电平。

参考：江协科技