GPIO介绍

GPIO的一些函数说明：https://blog.csdn.net/shenghuaday/article/details/75966639

库函数GPIO中定义GPIO引脚名称，传输速率，引脚模式设置相应的结构体

@brief   This file contains all the functions prototypes for the GPIO 
  *          firmware library.

关于GPIO的函数：
 

void GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef* GPIOx);
void GPIO_AFIODeInit(void);
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);
void GPIO_StructInit(GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);
uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);
uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);
void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);
void GPIO_PinLockConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_EventOutputConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource);
void GPIO_EventOutputCmd(FunctionalState NewState);
void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalState NewState);
void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource);
void GPIO_ETH_MediaInterfaceConfig(uint32_t GPIO_ETH_MediaInterface);

GPIO简介

GPIO是通用输入输出端口的简称，简单来说就是STM32可控制的引脚，STM32芯片的GPIO引脚与外部设备连接起来，从而实现与外部通讯、控制以及数据采集的功能。STM32芯片的GPIO被分成很多组，每组有16个引脚，如型号为STM32F4IGT6型号的芯片有GPIOA、GPIOB、GPIOC至GPIOI共9组GPIO，芯片一共176个引脚，其中GPIO就占了一大部分，所有的GPIO引脚都有基本的输入输出功能。

最基本的输出功能是由STM32控制引脚输出高、低电平，实现开关控制，如把GPIO引脚接入到LED灯，那就可以控制LED灯的亮灭，引脚接入到继电器或三极管，那就可以通过继电器或三极管控制外部大功率电路的通断。

最基本的输入功能是检测外部输入电平，如把GPIO引脚连接到按键，通过电平高低区分按键是否被按下。

7.2 GPIO框图剖析

图 71 GPIO结构框图

通过GPIO硬件结构框图，就可以从整体上深入了解GPIO外设及它的各种应用模式。该图从最右端看起，最右端就是代表STM32芯片引出的GPIO引脚，其余部件都位于芯片内部。

7.2.1 基本结构分析

下面我们按图中的编号对GPIO端口的结构部件进行说明。

1.    保护二极管及上、下拉电阻

引脚的两保护个二级管可以防止引脚外部过高或过低的电压输入，当引脚电压高于VDD_FT时，上方的二极管导通，当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。尽管有这样的保护，并不意味着STM32的引脚能直接外接大功率驱动器件，如直接驱动电机，强制驱动要么电机不转，要么导致芯片烧坏，必须要加大功率及隔离电路驱动。具体电压、电流范围可查阅《STM32F4xx规格书》。

上拉、下拉电阻，从它的结构我们可以看出，通过上、下拉对应的开关配置，我们可以控制引脚默认状态的电压，开启上拉的时候引脚电压为高电平，开启下拉的时候引脚电压为低电平，这样可以消除引脚不定状态的影响。如引脚外部没有外接器件，或者外部的器件不干扰该引脚电压时，STM32的引脚都会有这个默认状态。

也可以设置"既不上拉也不下拉模式"，我们也把这种状态称为浮空模式，配置成这个模式时，直接用电压表测量其引脚电压为1点几伏，这是个不确定值。所以一般来说我们都会选择给引脚设置"上拉模式"或"下拉模式"使它有默认状态。

STM32的内部上拉是"弱上拉"，即通过此上拉输出的电流是很弱的，如要求大电流还是需要外部上拉。

通过"上拉/下拉寄存器GPIOx_PUPDR"控制引脚的上、下拉以及浮空模式。

2.    P-MOS管和N-MOS管

GPIO引脚线路经过上、下拉电阻结构后，向上流向"输入模式"结构，向下流向"输出模式"结构。先看输出模式部分，线路经过一个由P-MOS和N-MOS管组成的单元电路。这个结构使GPIO具有了"推挽输出"和"开漏输出"两种模式。

所谓的推挽输出模式，是根据这两个MOS管的工作方式来命名的。在该结构中输入高电平时，上方的P-MOS导通，下方的N-MOS关闭，对外输出高电平；而在该结构中输入低电平时，N-MOS管导通，P-MOS关闭，对外输出低电平。当引脚高低电平切换时，两个管子轮流导通，一个负责灌电流，一个负责拉电流，使其负载能力和开关速度都比普通的方式有很大的提高。推挽输出的低电平为0伏，高电平为3.3伏，参考图 72左侧，它是推挽输出模式时的等效电路。

图 72 等效电路

而在开漏输出模式时，上方的P-MOS管完全不工作。如果我们控制输出为0，低电平，则P-MOS管关闭，N-MOS管导通，使输出接地，若控制输出为1 (它无法直接输出高电平)时，则P-MOS管和N-MOS管都关闭，所以引脚既不输出高电平，也不输出低电平，为高阻态。为正常使用时必须接上拉电阻(可用STM32的内部上拉，但建议在STM32外部再接一个上拉电阻)，参考图 72中的右侧等效电路。它具"线与"特性，也就是说，若有很多个开漏模式引脚连接到一起时，只有当所有引脚都输出高阻态，才由上拉电阻提供高电平，此高电平的电压为外部上拉电阻所接的电源的电压。若其中一个引脚为低电平，那线路就相当于短路接地，使得整条线路都为低电平，0伏。

推挽输出模式一般应用在输出电平为0和3.3伏而且需要高速切换开关状态的场合。在STM32的应用中，除了必须用开漏模式的场合，我们都习惯使用推挽输出模式。

开漏输出一般应用在I2C、SMBUS通讯等需要"线与"功能的总线电路中。除此之外，还用在电平不匹配的场合，如需要输出5伏的高电平，就可以在外部接一个上拉电阻，上拉电源为5伏，并且把GPIO设置为开漏模式，当输出高阻态时，由上拉电阻和电源向外输出5伏的电平。

通过"输出类型寄存器GPIOx_OTYPER"可以控制GPIO端口是推挽模式还是开漏模式。

3.    输出数据寄存器

前面提到的双MOS管结构电路的输入信号，是由GPIO"输出数据寄存器GPIOx_ODR"提供的，因此我们通过修改输出数据寄存器的值就可以修改GPIO引脚的输出电平。而"置位/复位寄存器GPIOx_BSRR"可以通过修改输出数据寄存器的值从而影响电路的输出。

4.    复用功能输出

"复用功能输出"中的"复用"是指STM32的其它片上外设对GPIO引脚进行控制，此时GPIO引脚用作该外设功能的一部分，算是第二用途。从其它外设引出来的"复用功能输出信号"与GPIO本身的数据据寄存器都连接到双MOS管结构的输入中，通过图中的梯形结构作为开关切换选择。

例如我们使用USART串口通讯时，需要用到某个GPIO引脚作为通讯发送引脚，这个时候就可以把该GPIO引脚配置成USART串口复用功能，由串口外设控制该引脚，发送数据。

5.    输入数据寄存器

看GPIO结构框图的上半部分，它是GPIO引脚经过上、下拉电阻后引入的，它连接到施密特触发器，信号经过触发器后，模拟信号转化为0、1的数字信号，然后存储在"输入数据寄存器GPIOx_IDR"中，通过读取该寄存器就可以了解GPIO引脚的电平状态。

6.    复用功能输入

与"复用功能输出"模式类似，在"复用功能输出模式"时，GPIO引脚的信号传输到STM32其它片上外设，由该外设读取引脚状态。

同样，如我们使用USART串口通讯时，需要用到某个GPIO引脚作为通讯接收引脚，这个时候就可以把该GPIO引脚配置成USART串口复用功能，使USART可以通过该通讯引脚的接收远端数据。

7.    模拟输入输出

当GPIO引脚用于ADC采集电压的输入通道时，用作"模拟输入"功能，此时信号是不经过施密特触发器的，因为经过施密特触发器后信号只有0、1两种状态，所以ADC外设要采集到原始的模拟信号，信号源输入必须在施密特触发器之前。类似地，当GPIO引脚用于DAC作为模拟电压输出通道时，此时作为"模拟输出"功能，DAC的模拟信号输出就不经过双MOS管结构了，在GPIO结构框图的右下角处，模拟信号直接输出到引脚。同时，当GPIO用于模拟功能时(包括输入输出)，引脚的上、下拉电阻是不起作用的，这个时候即使在寄存器配置了上拉或下拉模式，也不会影响到模拟信号的输入输出。

7.2.2 GPIO工作模式

总结一下，由GPIO的结构决定了GPIO可以配置成以下模式：

1.    输入模式(上拉/下拉/浮空)

在输入模式时，施密特触发器打开，输出被禁止。数据寄存器每隔1个AHB1时钟周期更新一次，可通过输入数据寄存器GPIOx_IDR读取I/O状态。其中AHB1的时钟如按默认配置一般为180MHz。

用于输入模式时，可设置为上拉、下拉或浮空模式。

2.    输出模式(推挽/开漏，上拉/下拉)

在输出模式中，输出使能，推挽模式时双MOS管以方式工作，输出数据寄存器GPIOx_ODR可控制I/O输出高低电平。开漏模式时，只有N-MOS管工作，输出数据寄存器可控制I/O输出高阻态或低电平。输出速度可配置，有2MHz\25MHz\50MHz\100MHz的选项。此处的输出速度即I/O支持的高低电平状态最高切换频率，支持的频率越高，功耗越大，如果功耗要求不严格，把速度设置成最大即可。

此时施密特触发器是打开的，即输入可用，通过输入数据寄存器GPIOx_IDR可读取I/O的实际状态。

用于输出模式时，可使用上拉、下拉模式或浮空模式。但此时由于输出模式时引脚电平会受到ODR寄存器影响，而ODR寄存器对应引脚的位为0，即引脚初始化后默认输出低电平，所以在这种情况下，上拉只起到小幅提高输出电流能力，但不会影响引脚的默认状态。

3.    复用功能(推挽/开漏，上拉/下拉)

复用功能模式中，输出使能，输出速度可配置，可工作在开漏及推挽模式，但是输出信号源于其它外设，输出数据寄存器GPIOx_ODR无效；输入可用，通过输入数据寄存器可获取I/O实际状态，但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号。

用于复用功能时，可使用上拉、下拉模式或浮空模式。同输出模式，在这种情况下，初始化后引脚默认输出低电平，上拉只起到小幅提高输出电流能力，但不会影响引脚的默认状态。

4.    模拟输入输出

模拟输入输出模式中，双MOS管结构被关闭，施密特触发器停用，上/下拉也被禁止。其它外设通过模拟通道进行输入输出。

通过对GPIO寄存器写入不同的参数，就可以改变GPIO的应用模式，再强调一下，要了解具体寄存器时一定要查阅《STM32F4xx参考手册》中对应外设的寄存器说明。在GPIO外设中，通过设置"模式寄存器GPIOx_MODER"可配置GPIO的输入/输出/复用/模拟模式，"输出类型寄存器GPIOx_OTYPER"配置推挽/开漏模式，配置"输出速度寄存器GPIOx_OSPEEDR"可选2/25/50/100MHz输出速度，"上/下拉寄存器GPIOx_PUPDR"可配置上拉/下拉/浮空模式，各寄存器的具体参数值见表 71。

表 71 GPIO寄存器的参数配置

模式寄存器的MODER位[0:1]	输出类型寄存器的OTYPER位	输出速度寄存器的OSPEEDR	上/下拉寄存器的PUPDR位[0:1]
01 -输出模式	0 -推挽模式 1 -开漏模式	00 -速度2MHz 01 -速度25MHz 10 -速度50MHz 11 -速度100MHz	00 -无上拉无下拉 01 -上拉 10 -下拉 11 -保留
10 -复用模式
00 -输入模式	不可用	不可用
11 -模拟功能	不可用	不可用	00 -无上拉无下拉 01 -保留 10 -保留 11 -保留

在STM32中，根据“葵花宝典”中第STM32篇参考手册中，GPIO有以下几种模式：

 1 typedef enum
 2 { GPIO_Mode_AIN = 0x0,                             //模拟输入
 3   GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,           //浮空输入
 4   GPIO_Mode_IPD = 0x28,                            //下拉输入   
 5   GPIO_Mode_IPU = 0x48,                           //上拉输入
 6   GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,                   //开漏输出
 7   GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,                   //推挽输出
 8   GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,                   //开漏复用功能
 9   GPIO_Mode_AF_PP = 0x18                     //推挽复用功能
10 }GPIOMode_TypeDef;

一、STM公司对于该文件的简述

  现在能够看到的关于GPIO操作的库函数是V1.8.0，可以在STM官方库支持中下载，文档的综述表明其功能是管理GPIO的外设功能,总共是三点：1.初始化；2.读写；3.复用。

二、文件中函数的使用

  整个文件中包含14个函数，其中初始化与配置4个函数；读写操作9个；复用1个。

  初始化函数：

  GPIO_DeInit()  表示将取消初始化，恢复为其默认复位值。默认引脚悬空（除JTAG）。

  GPIO_Init()  根据初始化结构体来自定义初始化引脚。例如下面的PA0引脚作为输入功能的初始化，在主函数中循环前使用，即可完成初始化的工作。

1. void demo(void)

2. {

3.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                    //定义结构体

4.  

5.     RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);   //使能A端口引脚

6.  

7.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;            //输入模式

8.     GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;          //推挽模式

9.     GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;        //不上拉不下拉

10.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       //IO速度

11.  

12.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;               //初始化的引脚为PA0

13.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                  

14. }

 GPIO_StructInit()  根据默认模式初始化引脚。

1. GPIO_InitStruct->GPIO_Pin = GPIO_Pin_All;

2. GPIO_InitStruct->GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;

3. GPIO_InitStruct->GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

4. GPIO_InitStruct->GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

5. GPIO_InitStruct->GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;

 GPIO_PinLockConfig()  锁定寄存器GPIOx_MODER, GPIOx_OTYPER, GPIOx_OSPEEDR,GPIOx_PUPDR, GPIOx_AFRL and GPIOx_AFRH，可使用复位操作来解除锁定。

  读写操作：

  加了bit的函数，需要选定端口和具体引脚，未加的函数只是选定了端口

  GPIO_ReadInputDataBit（）/ GPIO_ReadInputData（）     获得在输入​​模式下配置的引脚电平。

  GPIO_ReadOnputDataBit（）/ GPIO_ReadOnputData（）  获得在输出​​模式下配置的引脚电平。

  GPIO_SetBits（）/ GPIO_ResetBits（）  设置/复位在输出模式下使用的引脚电平。

  GPIO_Write（）/ GPIO_WriteBit（）      将数据写入指定的GPIO数据端口。

  GPIO_ToggleBits（)  切换指定的GPIO引脚使用的引脚电平,即是1变0，0变1。

  复用函数：

  GPIO_PinAFConfig()  为单个引脚提供复用的函数。

三、h文件中的基地址定义等

  头文件中总共包含声明：对于C语言库的支持，初始化结构体的各项配置，相应开发板上的引脚基地址，上一节中的14个函数。

  下面根据头文件的声明，枚举一下各种模式的初始化配置：

  GPIO_Mode_IN/OUT/AF/AN;  分别为输入/输出/复用/模拟模式的配置。模拟主要面向ADC/DAC

  GPIO_OType_PP/OD;  分别为推挽/开漏的配置，区别：引脚输出高电平/不输出电压。

  GPIO_Low_Speed/Medium/Fast/High;  速度分别为2/25/50/100MHz，也可以自定义IO速度。

  GPIO_PuPd_NOPULL/UP/DOWN;  不上拉不下拉，上拉，下拉。

1. typedef struct

2. {

3. uint32_t GPIO_Pin;

4. GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;

5. GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;

6. GPIOOType_TypeDef GPIO_OType;

7. GPIOPuPd_TypeDef GPIO_PuPd;

8. }GPIO_InitTypeDef;

  从上面的结构体可以看出我们需要这样来初始化GPIO，1.引脚，根据GPIO_pins_define的宏还找引脚；2.工作模式；3.引脚速度；4.引脚的输出类型；5.上拉下拉设置。

四、使用例子

  最后实现的功能是，在按键之后一直每行打印1。

1. void InitKey(void)

2. {

3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

4.  

5.   RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);   //使能A引脚

6.  

7.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;            //输入模式

8.   GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;          //推挽模式

9.   GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;       //不上拉不下拉

10.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       //IO速度

11.  

12.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;               //按键为PA0所扯出

13.   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

14. }

15.  

16. //按键函数

17. uint8_t GetKey(GPIO_TypeDef* GPIOx,uint16_t GPIO_Pin){

18.     if(1 == GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx,GPIO_Pin)){

19.       if(1 == GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx,GPIO_Pin));

20.         return 1;

21.     }else  return 0;

22. }

23.  

24. int main(void){

25.   int a;

26.   InitKey();

27.   while(1){

28.     if (1 == GetKey(GPIOA,GPIO_Pin_0)){

29.       a=1;

30.     }

31.   printf("%d\r\n",a);

32.   }

33. }

34.  
35.