STM32 USBD VBUS PA9 as GPIO

只看该作者 · 2021-11-10 13:58

前言
某客户准备用 STM32F205VCT6 做 USB FS Device 设备时，配置 PA9 作为普通通用的 GPIO 口(外部上拉电阻 10K 到电压
3.3V， NO PU/PD)，在项目测试的时候发现，该引脚上的电压只有 2V。

只看该作者 · 2021-11-10 13:59

一、现象的复现
硬件： Nucleo-F207ZG board，利用 CubeMx 生成代码出现同样的问题：

对于硬件，客户的示意图如下：

所以参考该 nucleo 的原理图，修改，移除掉 R35 电阻，自己添加一个色环电阻至 3.3V ;

只看该作者 · 2021-11-10 14:00

1.1 PA9 为通用输出 GPIO，未使用 USB FS 模块
配置 PA9 为通用 GPIO 输出引脚 Open Drain 模式，没有其他的 MCU 外设 IP 被使用， PA9 被 10Kohm 的色环上拉电阻拉到
Vdd 电压 3V3，利用示波器测试， PA9 为 3V3 输出;

只看该作者 · 2021-11-10 14:05

1.2 PA9 为输出 GPIO，开漏模式，使用 USB FS 模块
使用该 MCU 的 USB FS 设备 IP，并且配置 PA9 为输出， Open Drain mode 模式， PA9 被 10Kohm 的色环上拉电阻拉到 Vdd
电压 3V3。
测试发现，如果配置：
如果 OTG_FS_GCCFG(offset_0x038) = 0xXX2DXXXX，那么 PA9 只有 2V 输出;
如果 OTG_FS_GCCFG(offset_0x038) = 0xXX25XXXX，那么 PA9 会有 3V3 输出;
客户的问题被发现。

只看该作者 · 2021-11-10 14:06

1.3 PA9 为输出 GPIO，推挽模式，使用 USB FS 模块
使用该 MCU 的 USB FS 设备 IP，并且配置 PA9 为输出， push-pull 推挽模式， PA9 被 10Kohm 的色环上拉电阻拉到 Vdd 电
压 3V3。测试发现：只需要设置 NOVBUSSENS setting(bit21)为 1，那么 PA9 就会被输出为 3V3，而不论
OTG_FS_GCCFG(offset_0x038)寄存器的内容是 0xXX25XXXX 还是 0xXX2DXXXX;

只看该作者 · 2021-11-10 14:09

1.4 PA9 为输入 GPIO， NO PU/PD，未使用 USB FS 模块
配置 MCU 的 PA9 为通用的 GPIO 引脚，输入模式， no PU/PD，没有使用 MCU 的其他外设 IP， PA9 被 10Kohm 的色环上拉
电阻拉到 Vdd 电压 3V3。测试发现 PA9 为 3V3 输入。

只看该作者 · 2021-11-10 14:09

1. 5 PA9 为输入 GPIO， NO PU/PD，使用 USB FS 模块
配置 MCU 的 PA9 为通用的 GPIO 引脚，输入模式， no PU/PD，使用了 MCU 的 USBD FS 外设 IP， PA9 被 10Kohm 的色环
上拉电阻拉到 Vdd 电压 3V3。测试发现：
如果 OTG_FS_GCCFG(offset_0x038) = 0xXX2DXXXX， PA9 输入为 2V；
如果 OTG_FS_GCCFG(offset_0x038) = 0xXX25XXXX， PA9 输入为 3V3；
客户的现象也被发现了。

只看该作者 · 2021-11-10 14:10

二、解决及总结
在使用 USB 模块的情况下，正常的话 PA9 是作为 OTG_FS_VBUS 功能使用的，但是也可以作为通用的 GPIO 口。
如果配置成为通用的 GPIO，在该芯片参考手册中，我们发现：

在以往的印象中，我们一直认为 PA9 用以监测 VBUS 的供电，在取消该监控时(NOVBUSSENS)， PA9 可用作普通 I/O 口，
此时， VBUS 默认永远存在。
通过具体的上述的操作，可以知道，如果想让 USBD 模块下的 PA9 作为 GPIO 口使用，那么需要满足下面两个条件：
1/由于使用到了 PA9 作为通用的 GPIO 口，我们需要关闭 VBUS sensing(bit 21)功能.
2/Bit 19 VBUSBSEN and Bit 18 VBUSASEN 这两个比特位也需要被复位。
客户按照上述重新配置后，问题不再出现。