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实战经验 | STM32H5的PB14引脚被意外拉低的问题解析

由 cathy 提交于
01、问题现象

客户反馈，使用STM32H523RET6应用中配置了两个IO口，PC9为输出模式，内部下拉；PB14为输入模式，内部上拉。在程序中将PC9引脚输出高电平，结果观察到PB14的电平被拉低。
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▲ 图 1 PC9输出低时，PB14为高
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▲ 图2 PC9输出高时，PB14被拉低
02、问题重现
使用NUCLEO-H533RE板，新建一个cubemx工程（cubemx版本：v6.13.0），按客户问题所述配置PC9和PB14，然后在代码中驱动PC9输出高，结果很容易就重现了问题。
03、问题分析
一般来说，在ST官方DEMO板上很容易重现，就意味着问题能很快解决或者很可能是芯片就是如此设计的。于是查找相关文档，注意到PC9可复用为UCPD1_DBCC2引脚，而PB14则可复用为UCPD1_CC2引脚。STM32H5默认时UCPD外设的DB（Dead Battery）功能是激活的，而这个DB特性刚好会影响正常的GPIO功能，这个在AN2552 Rev7文档中的第11.3.1节有相关描述：
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在DBCCx引脚（PC9）上检测到电压超过1V时，则芯片内的Rd电阻激活，进而将CCx引脚（PB14）拉低。
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也许有人会问，我啥也没做啊，我也没用到UCPD外设，我的电路图也根本不是图上这么设计的，芯片怎么会这样？
这就得回到USB Type-C接口的PD功能来说了。USB Type-C口大体上来说数据可分为三个通路：USB3.x数据通路，USB2.0数据通路，以及走CC线的PD协议，当然还有VBUS上的电力供应。
CC线上的PD协议正是用于SOURCE端和SINK端之间进行电力协商的，经典的应用场合就是SOURCE端比如手机充电适配器向带电池的SINK端（比如手机）充电，用多大功率，多少电压，最大电流多少，这个就得协商，协商的过程是通过300K的CC线来进行的。
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▲ 图3 USB Type-C口的CC线连接
STM32H5是带UCPD外设，全称USB Type-C®/USB Power Delivery interface，是专门用于CC线上的PD协议通信的外设。
如上图所示，SOURCE端通过检测SINK端的Rd电阻来判断是否有SINK设备连接，只有检测到这个连接，在USB Type-C口上的VBUS才会供电过去，否则不会有电供应。这就涉及到一个问题，若SINK端是电池设备，且电池耗尽（Dead Battery）时，SOURCE端还能正常供电吗？
这里存在一个关键逻辑点：当SINK端电池耗尽时，SOURCE端是否仍能检测到Rd电阻？进一步说，假设SINK端的PD芯片为STM32，在其未上电前，CC引脚（PB14）必须对外呈现Rd下拉电阻特性——这是UCPD协议中DB（Dead Battery）功能的核心要求。
若CC引脚未表现出Rd电阻，SOURCE端会认为SINK端不具备受电条件，从而不会通过VBUS供电。而没有VBUS供电，STM32就无法上电运行，形成“无电-无法上电-无法反馈”的死循环。因此，STM32H5芯片默认激活DB功能，正是为了确保在未上电状态下，CC引脚通过内部下拉电阻满足SOURCE端的检测要求，从而触发VBUS供电流程。
知道了原因，那么解决方法就很简单，即在代码中将DB功能关闭，才能释放DBCCx引脚作为普通GPIO引脚的功能，如：
void HAL_MspInit(void){ /* USER CODE BEGIN MspInit 0 */ /* USER CODE END MspInit 0 */ /* System interrupt init*/ /* USER CODE BEGIN MspInit 1 */ HAL_PWREx_DisableUCPDDeadBattery(); //Disable the DB feature of UCPD /* USER CODE END MspInit 1 */}
同时，因为UCPD_DBCCx引脚(PC9)只要一检测电平>1V，则会将内置的Rd电阻激活。如果DBCC引脚仅只用于GPIO功能，为了避免意外激活Rd，建议在DBCC引脚外加上100K的下拉电阻。
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▲ 图4 当DBCC引脚（PC9）用于GPIO功能时的建议电路
这就是整个解决方案了。
04、后记
在STM32G0中，同样的问题，在STM32CubeMx中是可以配置是否在代码中关闭DB特性的。见下图示意：
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▲ 图5 在cubemx中针对G0的DB功能关闭选项
Cubemx中针对H5这一选项当前版本还未添加，后续版本应该会更新此功能。

来源：STM32

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