#STM32 GPIO编程详解

硬件环境：stm32f407zet6 软件环境:mdk5

1.GPIO概述

GPIO，翻译为通用输入输出，也就是软件可编程引脚，也就是MCU通过控制GPIO来完成一系列的功能。

GPIO属于引脚，但引脚还包含电源、晶振、下载、boot、复位等，这一部分组成的电路同时也叫做单片机最小系统

同一个GPIO可以作为多种外设功能的引脚，在芯片对应的数据手册中有比较详细的引脚功能说明

在STM32F407中，除了ADC引脚，其他引脚都是可以5V容忍
所谓5V容忍就是可以正常识别5V的逻辑电平信号而不至于因为逻辑电平电压高于自身的3.3V标准而损坏芯片

在STM32中，将GPIO分为多组，每组最多16个，每个GPIO都可以进行输出类型、模式、上下拉、输出速度的配置。

看图
在STM32中所有的GPIO操作均是围绕下图展开的。

1. 输出类型
   输出类型可以分为推挽输出和开漏输出。

   推挽输出
   当输出一个低电平，首先经过反相器变成一个高电平，当为高电平时，NMOS管工作，IO口与地线短接，从而输出低电平，此时电源电流输出到负载，也叫灌电流，可以理解为推
   当输出一个高电平，首先经过反相器变成一个低电平，当为低电平时，PMOS管工作，IO口与VDD短接，从而输出高电平，此时负载电流流入到芯片，也叫拉电流，可以理解为挽
   推挽输出电流驱动能力是很大的，因为MOS管在工作的时候，其内阻非常小，因此VDD输入电流可近似等于IO口输出电流

   开漏输出
   开漏模式下，PMOS管不工作，只能输出低电平，同推完输出，输出高电平时IO口将呈现高组态的状态。

2. 模式
   可以设置为输入、输出、复用、模拟四种工作模式
   输入模式下，TTL施密特触发器工作，本质就是将引脚上电压转换成开关量，当电压低于一个值判断为逻辑0，高于一个值判断为逻辑1.
   模拟模式分为输入和输出模式，分别工作在ADC采集和DAC输出的时候，配置为此模式时外设引脚直接连接到对应的模拟线路上
   输出电平可以通过设置数据寄存器来控制，也可以用过置位复位寄存器控制，后者的优势在于不用考虑当前寄存器的值

3. 上下拉
   可以选择是否启用上下拉电阻，比如开漏模式下需要输出高电平，则需要外接上拉电阻来实现

4. 输出速度
   可以设置为 2M、25M、50M、100M(30 pF 时为 100 MHz（高速）（15 pF 时为 80 MHz 输出（最大速度））)。
   100M输出速度是什么意思？
   对于CMOS工艺的集成电路而言，输入阻抗是非常高的，主要功耗来自于绝缘栅等效的电容充放电效应。既然是电容的充放电，考虑信号源的内阻（基于标准CMOS电路的输出），根据RC充电常数和逻辑门限电平就能得出一个最小周期，其对应一个最高IO频率。

2.GPIO寄存器分析

直接看数据手册不就好了嘛，干嘛要抄一遍，费时费力又没有什么意义

3.GPIO编程实例

以标准的LED控制程序为例

1. 固件库

   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);						//开启GPIOF的时钟
   
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;								//设置为输出模式
   GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;								//设置为推挽输出
   GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;								//设置为上拉模式
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;							//设置输出速度为100M
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
   GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);	
   

2. BB库

   //定义LED
   typedef enum
   {
   	LED1 = 0,
   	LED2
   } LEDx_t;
   
   //LED状态
   typedef enum
   {
   	LED_OFF = 0,
   	LED_ON
   } LED_Status_t;
   
   //LED引脚
   typedef enum
   {
   	LED1_PIN = BB_GPIO_PIN_9,
   	LED2_PIN = BB_GPIO_PIN_10
   } LED_Pin_t;
   
   //定义GPIO引脚
   typedef enum
   {
   	BB_GPIO_PIN_0 = 0,
   	BB_GPIO_PIN_1,
   	BB_GPIO_PIN_2,
   	BB_GPIO_PIN_3,
   	BB_GPIO_PIN_4,
   	BB_GPIO_PIN_5,
   	BB_GPIO_PIN_6,
   	BB_GPIO_PIN_7,
   	BB_GPIO_PIN_8,
   	BB_GPIO_PIN_9,
   	BB_GPIO_PIN_10,
   	BB_GPIO_PIN_11,
   	BB_GPIO_PIN_12,
   	BB_GPIO_PIN_13,
   	BB_GPIO_PIN_14,
   	BB_GPIO_PIN_15
   } BB_GPIO_Pin_t;
   
   BB_RCC_AHB1_PeriphClock_Enable(RCC_AHB1Periph_GPIOF);						//开启GPIOF的时钟
   
   BB_GPIO_Mode(GPIOF, (BB_GPIO_Pin_t)LED1_PIN, GPIO_Mode_OUT); 				//设置为输出模式
   BB_GPIO_OType(GPIOF, (BB_GPIO_Pin_t)LED1_PIN, GPIO_OType_PP);				//设置为推挽输出
   BB_GPIO_Speed(GPIOF, (BB_GPIO_Pin_t)LED1_PIN, GPIO_Speed_100MHz);			//设置输出速度为100M
   BB_GPIO_PuPd(GPIOF, (BB_GPIO_Pin_t)LED1_PIN, GPIO_PuPd_UP);					//设置为上拉模式
   
   BB_GPIO_Mode(GPIOF, (BB_GPIO_Pin_t)LED2_PIN, GPIO_Mode_OUT); 
   BB_GPIO_OType(GPIOF, (BB_GPIO_Pin_t)LED2_PIN, GPIO_OType_PP);
   BB_GPIO_Speed(GPIOF, (BB_GPIO_Pin_t)LED2_PIN, GPIO_Speed_100MHz);
   BB_GPIO_PuPd(GPIOF, (BB_GPIO_Pin_t)LED2_PIN, GPIO_PuPd_UP);
   
   BB_GPIO_SetBits(GPIOF, (BB_GPIO_Pin_t)LED1_PIN);							//默认熄灭LED
   BB_GPIO_SetBits(GPIOF, (BB_GPIO_Pin_t)LED2_PIN);