STM32 GPIO 설정 — Push-Pull, Open-Drain, 속도, 풀업/풀다운

GPIO Input/Output/AF/Analog 모드 비교

4.1 GPIO 4가지 모드

모든 GPIO 핀은 4가지 모드 중 하나로 설정된다:

모드	MODER 값	설명	사용 예시
Input	00	외부 신호 읽기	버튼, 모터 에러 핀, 인터럽트 입력
Output	01	신호 내보내기	LED, 모터 Enable, Motor Stop
Alternate Function	10	페리페럴에 핀 연결	UART TX/RX, SPI, CAN, PWM
Analog	11	아날로그 입출력	ADC 입력 (토크센서, 각도센서), DAC

4.2 Output Type: Push-Pull vs Open-Drain

Push-Pull과 Open-Drain 출력 비교

Output 또는 AF 모드에서 출력 타입을 선택한다:

Push-Pull (PP):

VDD ─── [P-FET] ─┬── 핀 출력
                  │
GND ─── [N-FET] ─┘

출력 HIGH → P-FET ON, N-FET OFF → VDD 출력 (3.3V)
출력 LOW  → P-FET OFF, N-FET ON → GND 출력 (0V)

• 능동적으로 HIGH/LOW 모두 구동
• 대부분의 경우 Push-Pull 사용 (LED, SPI, UART TX, PWM 등)

Open-Drain (OD):

         ┌── 외부 풀업 저항 ── VDD (또는 5V!)
핀 출력 ──┤
         └── [N-FET] ── GND

출력 LOW  → N-FET ON → GND 출력
출력 HIGH → N-FET OFF → 풀업 저항에 의해 VDD로 올라감

• LOW만 능동 구동, HIGH는 외부 풀업에 의존
• I2C 통신에 필수 (SDA/SCL)
• 레벨 시프팅: 3.3V MCU에서 5V 장치와 통신 시 사용

4.3 Pull 설정

설정	효과	사용 시기
No Pull	풀업/풀다운 없음	AF 모드 (페리페럴이 제어), 외부 풀업/풀다운 있을 때
Pull-Up	내부 ~40kΩ 저항으로 VDD 연결	버튼 입력 (액티브 로우), UART RX 유휴 상태
Pull-Down	내부 ~40kΩ 저항으로 GND 연결	플로팅 방지, 기본값 LOW 필요 시

4.4 출력 속도

속도	최대 주파수	사용 시기
Low	~12 MHz	GPIO 토글 (LED), 저속 신호
Medium	~60 MHz	UART, I2C
High	~85 MHz	SPI, SDMMC
Very High	~100 MHz	고속 SPI, FMC

⚠️ 규칙: 필요한 최소 속도를 선택한다. 속도가 높을수록 EMI(전자파 간섭)가 증가하고 소비전류가 늘어난다.

• LED, Enable 핀 → Low
• CAN, UART → Medium
• SPI → High 또는 Very High

4.5 HAL 라이브러리로 GPIO 설정

CubeMX가 자동 생성하는 코드의 구조:

/* Core/Src/main.c — MX_GPIO_Init() 함수 내부 */

static void MX_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    /* GPIO 포트 클럭 활성화 */
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();

    /* === 예시 1: LED 출력 (PB0) === */
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);  // 초기값 LOW
    GPIO_InitStruct.Pin   = GPIO_PIN_0;
    GPIO_InitStruct.Mode  = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;    // Output Push-Pull
    GPIO_InitStruct.Pull  = GPIO_NOPULL;            // 풀업/풀다운 없음
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;    // 저속 (LED니까)
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

    /* === 예시 2: 버튼 입력 + 인터럽트 (PC13) === */
    GPIO_InitStruct.Pin   = GPIO_PIN_13;
    GPIO_InitStruct.Mode  = GPIO_MODE_IT_FALLING;   // 하강 에지 인터럽트
    GPIO_InitStruct.Pull  = GPIO_PULLUP;             // 내부 풀업
    HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

    /* EXTI 인터럽트 활성화 */
    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 5, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn);

    /* === 예시 3: 모터 Enable 핀 (PD3) === */
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET);
    GPIO_InitStruct.Pin   = GPIO_PIN_3;
    GPIO_InitStruct.Mode  = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull  = GPIO_PULLDOWN;           // 기본 OFF (안전)
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
}

4.6 GPIO 제어 함수

/* 핀 출력 HIGH */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);

/* 핀 출력 LOW */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);

/* 핀 토글 */
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_0);

/* 핀 읽기 */
GPIO_PinState state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
if (state == GPIO_PIN_SET) {
    // HIGH 상태
}

4.7 실습: LED 깜빡이기 (첫 번째 테스트)

보드를 만들고 가장 먼저 해야 할 테스트:

/* Core/Src/main.c */

/* USER CODE BEGIN Includes */
/* USER CODE END Includes */

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();

    /* USER CODE BEGIN 2 */
    // (추가 초기화 코드)
    /* USER CODE END 2 */

    while (1)
    {
        /* USER CODE BEGIN 3 */
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_0);  // LED 토글
        HAL_Delay(500);                           // 500ms 대기
        /* USER CODE END 3 */
    }
}

LED가 0.5초 간격으로 깜빡이면 다음을 확인한 것이다:

1. 전원이 정상 (VDD 3.3V)
2. 클럭이 정상 (HSE → PLL → SYSCLK)
3. GPIO가 정상 (출력 동작)
4. HAL 라이브러리가 정상 (HAL_Delay 동작 = SysTick 정상)
5. 플래시 프로그래밍이 정상 (코드가 실행됨)

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