STM32 基础开发 - GPIO 基本操作

以下内容基于 STM32F103C8T6 Blue Pill 板子。

使用库函数进行 STM32 点亮一个 LED 开发时，有以下步骤，这些也是操作某一个 GPIO 的基础步骤：

1. 定义 GPIO_InitTypeDef：
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

2. 配置 RCC 时钟：以 GPIOB 为例，Ref.Manual 中可以查到 GPIO 都是挂在 APB2 总线上的，因此 GPIOB 时钟配置如下：
   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE)

3. 配置 GPIO_InitStructure：为了点亮 LED，我们配置 GPIOB_Pin6 为推挽输出，并初始化 GPIO 端口:
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

4. 配置 GPIO_Pin6 为高电平：注意在 GPIO_Pin6 的输出电流能力，对于常见的发光二极管，一定要串上电阻！
   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6);

这样就完成了最简单的点亮 LED 设计了。接下来从寄存器来看一下：

5. GPIO_InitTypeDef 相关:
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   1）后面可以发现，所有的外设都需要定义这样一个 XXX_InitTypeDef 结构体变量，它在 stm32f10x_gpio.h 中定义。这些结构体就定义了和这个外设相关的各种配置参数
   2）GPIO_InitTypeDef 定义了与 GPIO 外设相关的三个配置：GPIO 模式、具体的 GPIO_Pin、GPIO_Speed
   3）GPIO_Speed 比较容易忽视，这个速率是 GPIO 输出的速率，也即 GPIO 驱动电路响应速率。对于像低速的应用，比如 USART 这种，配置成低速即可；但是如果应用要求的 GPIO 输出速率高于了配置的 GPIO 驱动电路响应速率，则会出现失真（这里我没有实际验证过，也只是理论理解，有兴趣的朋友可以试试~）

6. RCC 相关：
   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE)
   1）这个函数在 stm32f10x_rcc.c 中定义，是用来配置 RCC_APB2ENR（APB2 peripheral clock enable register）寄存器（参考 Ref.Manual 7.3.7）。
   2）这个寄存器 0,2-15,19-21 bits 是可配的，每个 bit 用来使能/非使能一个外设的时钟。
   3）配置项 RCC_APB2Periph_GPIOB 在 stm32f10x_rcc.h 中定义为 0x08，即对应 GPIOB 这个外设在 RCC_APB2ENR 中的 bit 位。

7. GPIO_InitStructure 相关：
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
   1）GPIO_Mode 和 GPIO_Speed 配置对应 GPIOx_CRL/GPIOx_CRH （Port configuration register low/high） 寄存器（参考 Ref.Manual 9.2.1, 9.2.2）
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
   1）GPIO_Pin 的配置：每个 GPIO_Pin_x 对应一个uint16_t 数，可以在 stm32f10x.h 中查到。这些 uint16_t 的数转成二进制后，就对应是第 x 位为 1；比如 GPIO_Pin_6 对应 0x40 = 100 0000。
   GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
   1）后面可以看到，所有的这些外设的配置都会通过 xxx_Init( ) 这个函数来根据 GPIO_InitStructure 的内容进行初始化。尤其注意的是 GPIO_Init 的参数是两个指针变量，所以要传入的是 GPIO_InitStructure 的地址。

8. GPIO_SetBits 相关：
   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6);
   1）这个函数在 stm32f10x.c 中定义，是用来配置 GPIOx_BSRR（Port bit set/reset register）寄存器的（参考 Ref.Manual 9.2.5）。
   2）这个寄存器 0:15 位是用来将 0-15 个 GPIO 端口拉高的（Set bits）的，置 1有效，16：31 位是用来将 0-15 个 GPIO 端口拉低的（Reset bits），置 1有效；但是这个函数只配置 0:15 位寄存器。
   3）当需要将某个 GPIO 端口拉低时，通过下面这个函数来进行
   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6);
   1）这个函数对应在 stm32f10x.c 中定义，是用来配置 GPIOx_BRR（Port bit reset register）这个寄存器的（参考 Ref.Manual 9.2.6）。
   2）这个寄存器只有 0:15 位是有用的，对应将 0-15 个 GPIO 端口拉低（Reset bits），置 1有效。为什么不直接配置 GPIOx_BSRR 来拉低呢？因为 GPIO_Pin_x 这些 uint16_t 的数对应的二进制数正好就是 0-15 第 x 位为 1。所以如果用 GPIOx_BSRR 寄存器就要去操作 16：31 位，很麻烦，不如直接用 GPIOx_BRR 来操作。

当然除了把 GPIO 做输出以外，还可以把 GPIO 作为输入，进行高低电平的检测。当把 GPIO 作为输入进行高低电平检测时，绝大部分代码和上面都是一样的，只是需要做以下修改：

1. 配置 GPIO_InitStructure 时将 GPIO_Mode 上拉/下拉输入：
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;

2. 当需要读取 GPIO 某一个 Pin 状态时：这个函数会返回 uint8_t 的 0或1，表示输入电平的低或高
   GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_5);

3. 如果是需要读取某一个 GPIO 上多个 Pin 状态：这个函数会返回 uint16_t 的结果，对应 GPIOx 上 0～15 个 Pin 上输入电平。
   GPIO_ReadInputData(GPIOA);

同样，从寄存器角度来看一下：

1. GPIO_InitStructure 相关：
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
   1） 该寄存器同样是对应 GPIOx_CRL/GPIOx_CRH （Port configuration register low/high） 寄存器。

2. GPIO_ReadInput 相关：
   GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_5);
GPIO_ReadInputData(GPIOA);
   1）这两个函数都是操作 GPIO_IDR（Port input data register）寄存器。该寄存器就是存的 GPIOx 0～15 Port 的输入电平高低。只是 ReadInputDataBit 函数还会和 GPIO_Pin_x 做与操作，来特定返回这个 GPIO_Pin_x 的输入电平高低。

以上就是所有关于 GPIO 的基本操作了。