3 GPIO通用输入输出口（一）
3 GPIO通用输入输出口
GPIO简介
GPIO（General Purpose Input Output）通用输入输出口
可配置为8种输入输出模式
引脚电平：0V~3.3V，部分引脚可容忍5V
输出模式下可控制端口输出高低电平，用以驱动LED、控制蜂鸣器、模拟通信协议输出时序等
输入模式下可读取端口的高低电平或电压，用于读取按键输入、外接模块电平信号输入、ADC电压采集、模拟通信协议接收数据等
GPIO基本结构
GPIO位结构
注意：
保护二极管：使输入的电压控制在0-3.3v之间（一般VDD接3.3，VCC接0）
施密特触发器：它的执行逻辑是，如果输入电压大于某一阈值，输出就会瞬间升为高电平，如果输入电压小于某一阈值，输出就会瞬间降为低电平；
输入端：
1.上拉电阻和下拉电阻（上拉电阻至VDD和下拉电阻至VCC）目的给数字端口默认输入一个电平：
1）如果上面导通，下面断开，就是上拉输入模式；（高电平）
2）如果上面断开，下面导通，就是下拉输入模式；（低电平）
3）如果两个都断开，就是浮空输入模式；
2.模拟输入连接ADC上的，因为ADC需要接受模拟量，所以接到施密特触发器前；（模拟输入）
3.复用功能输入，整个是连接到其他需要读取端口的外设上的，比如串口的输入引脚等，这跟西线接收的是数字量，所以在施密特触发器后面；（数字输入）
输出端：
1.如果想单独控制其中某一个端口而不影响其他端口的话
1）第一种方式是先读出整个寄存器，然后用按位与和按位或的方式更改某一位，最后再将更改后的数据该回去，再C中就是&=和|=的操作；（在输出数据寄存器操作麻烦，效率不高）
2）第二种通过位设置/清除寄存器，如果我们要对某一位进行置1的操作，在位设置寄存器的对应位写1即可，剩下不需要操作的位写0，自动将输出数据寄存器中对应位置为1，而剩下写0的位则保持不变。如果想对某一位进行清0的操作，就在位清除寄存器的对应位写1即可；
3）第三种操作，就是读写stm32中的“位带”区域。（位带跟51单片机的位寻址作用差不多）
2.输出控制之后就接到了两个MOS管（上为P-MOS，下为N-MOS）
1）推挽输出模式又名强推输出模式（P-MOS和N-MOS均有效）：数据寄存器位1时，上管导通，下管断开，输出直接接到VDD，就是输出高电平；数据寄存器位0时，上管断开，下管导通，输出直接接到VSS，就是输出低电平；（对IO口有绝对的控制权，高低电平都由STM32说了算）
2）开漏输出模式（P-MOS无效，N-MOS有效）：数据寄存器位1时，下管断开，输出相当于断开，也就是高阻模式；数据寄存器位0时，下管导通，输出直接接到VSS，就是输出低电平；（这种模式只有低电平有驱动能力，高电平没有驱动能力，可以作为通信协议的驱动方式，比如I2C通信的引脚就是使用开漏模式。在多机通信的情况下，这个模式可以避免各个设备的相互干扰。另外还可以输出5伏的电平信号，VDD接5V）
3）关闭模式即当引脚配置为输入模式的时候（P-MOS和N-MOS均无效）：端口的信号由外部信号来控制。
GPIO模式
•通过配置GPIO的端口配置寄存器，端口可以配置成以下8种模式
| 模式名称 | 性质 | 特征 |
|---|---|---|
| 浮空输入 | 数字输入 | 可读取引脚电平，若引脚悬空，则电平不确定 |
| 上拉输入 | 数字输入 | 可读取引脚电平，内部连接上拉电阻，悬空时默认高电平 |
| 下拉输入 | 数字输入 | 可读取引脚电平，内部连接下拉电阻，悬空时默认低电平 |
| 模拟输入 | 模拟输入 | GPIO无效，引脚直接接入内部ADC |
| 开漏输出 | 数字输出 | 可输出引脚电平，高电平为高阻态，低电平接VSS |
| 推挽输出 | 数字输出 | 可输出引脚电平，高电平接VDD，低电平接VSS |
| 复用开漏输出 | 数字输出 | 由片上外设控制，高电平为高阻态，低电平接VSS |
| 复用推挽输出 | 数字输出 | 由片上外设控制，高电平接VDD，低电平接VSS |
1）浮空/上拉/下拉输入
1）如果上面导通，下面断开，就是上拉输入模式；（高电平）
2）如果上面断开，下面导通，就是下拉输入模式；（低电平）
3）如果两个都断开，就是浮空输入模式；
2）模拟输入
模拟输入是连接ADC上的，因为ADC需要接受模拟量，所以接到施密特触发器前；（模拟输入）
从引脚直接接入片上外设，也就是ADC，所以当我们使用ADC时，将引脚配置为模拟输入就行了
3）开漏/推挽输出
一个端口只能有一个输出，但可以有多个输入，所以当配置为输出模式的时候，内部也可以顺便输入一下，也不会造成什么影响
4）复用开漏/推挽输出
引脚的控制权转移到了片上外设，由片上外设来控制；在输入部分，片上外设也可以读取引脚的电平，同时普通的输入也是有效的，顺便接收一下电平信号。
在GPIO的8中模式中，除了模拟输入这个模式会关闭数字输入功能，其他的7个模式中，所有的输入都是有效的。
3.1 GPIO输出
LED和蜂鸣器简介
LED：发光二极管，正向通电点亮，反向通电不亮
有源蜂鸣器：内部自带振荡源，将正负极接上直流电压即可持续发声，频率固定
无源蜂鸣器：内部不带振荡源，需要控制器提供振荡脉冲才可发声，调整提供振荡脉冲的频率，可发出不同频率的声音
硬件电路
注意：很多单片机或者芯片都使用了高电平弱驱动，低电平强驱动的规则，这样可以一定程度避免高低电平打架，所有一般推荐第一种接法。
注意：
PNP的三极管最好接在蜂鸣器上边，NPN的三极管最好接在蜂鸣器下边
补充：驱动电路（三极管驱动）
基极 b(base)，发射极 e（emitter），集电极 c（collector）；
箭头朝内PNP，箭头朝外NPN，导通电压顺箭头过，电压导通，电流控制；
对于三极管的开关特性分析，主要是看基极与发射极之间的电压情况。对PNP，只要e极电压比b高0.7V以上，e、c之间就可以导通；同样对NPN，只要b极电压比e高0.7V以上,e、c之间就可以导通。总之是箭头的始端比末端高 0.7V 就可以导通三极管的 e 极和 c 极。所以，NPN型三极管，b作为控制端，高电平导通，低电平关断；PNP型三极管，高电平关断，低电平导通。
NPN驱动：高电平导通
npn型导通输出的是低电平，没导通是高电平。导通是指给基极电压要大于PN结导通电压，三极管就能导通，硅0.7v，锗0.3v
PNP驱动：低电平导通
面包板
stm32f10x_rcc中的三个常用函数：
//RCC_AHB外设时钟控制(启用或禁用AHB外设时钟)
void RCC_AHBPeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHBPeriph, FunctionalState NewState);
//RCC_APB2外设时钟控制
void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);
//RCC_APB1外设时钟控制
void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState);
stm32f10x_gpio中的常用函数：
//
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);
//GPIO的读取函数（bit是数据寄存器的某一位，没有就是整个数据寄存器）
uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin); //读取某个端口输入数据
uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx); //读取整个输入数据寄存器
uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin); //读取某个端口输出，看看自己的输出数据
uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx); //读取整个输出数据寄存器
//GPIO的输出函数
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);
8种输入输出模式：
typedef enum
{ GPIO_Mode_AIN = 0x0, //(AIN:Analog IN)模拟输入
GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04, //浮空输入
GPIO_Mode_IPD = 0x28, //(IPD:In Pull Down)下拉输入
GPIO_Mode_IPU = 0x48, //(IPU:In Pull Up)上拉输入
GPIO_Mode_Out_OD = 0x14, //(Out_OD:Out Open Drain)开漏输出（高电平不会亮）
GPIO_Mode_Out_PP = 0x10, //(Out_PP:Out Push Pull)推挽输出（高低电平均可点亮）
GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C, //(AF_OD:Alt Open Drain)复用开漏
GPIO_Mode_AF_PP = 0x18 //(AF_PP:Alt Push Pull)复用推挽
}GPIOMode_TypeDef;
使用输出或者输入的函数控制GPIO口：
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin); //把指定端口设置为高电平
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin); //把指定端口设置为低电平
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);//前两个设置端口，根据第三个参数的值来设定指定的端口值
void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal); //第二个参数可以同时对16个端口进行写入操作
3.2 LED闪烁&LED流水灯&蜂鸣器
1.LED闪烁
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
int main(void)
{
//step1:使用RCC开启GPIO的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//step2:使用GPIO_Init函数初始化GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //(Out_PP:Out Push Pull)推挽输出(高低电平都是有驱动能力)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //选择的是GPIOA外设的0号引脚，所以选择GPIO_Pin_0
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//step3:使用输出或者输入的函数控制GPIO口
// GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
// GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
// GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_RESET);
// GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_SET);
while (1)
{
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
Delay_ms(500);
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
Delay_ms(500);
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_RESET);
Delay_ms(500);
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_SET);
Delay_ms(500);
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, (BitAction)0);
Delay_ms(500);
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, (BitAction)1);
Delay_ms(500);
}
}
2.LED流水灯
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
int main(void)
{
//step1:使用RCC开启GPIO的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//step2:使用GPIO_Init函数初始化GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //(Out_PP:Out Push Pull)推挽输出(高低电平都是有驱动能力)
// GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 ;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//step3:使用输出或者输入的函数控制GPIO口
while (1)
{
GPIO_Write(GPIOA, ~0X0001); //0000 0000 0000 0001 按位取反，低电平点亮
Delay_ms(500);
GPIO_Write(GPIOA, ~0X0002); //0000 0000 0000 0010 按位取反，低电平点亮
Delay_ms(500);
GPIO_Write(GPIOA, ~0X0004); //0000 0000 0000 0100 按位取反，低电平点亮
Delay_ms(500);
GPIO_Write(GPIOA, ~0X0008); //0000 0000 0000 1000 按位取反，低电平点亮
Delay_ms(500);
GPIO_Write(GPIOA, ~0X0010); //0000 0000 0001 0000 按位取反，低电平点亮
Delay_ms(500);
GPIO_Write(GPIOA, ~0X0020); //0000 0000 0010 0000 按位取反，低电平点亮
Delay_ms(500);
GPIO_Write(GPIOA, ~0X0040); //0000 0000 0100 0000 按位取反，低电平点亮
Delay_ms(500);
GPIO_Write(GPIOA, ~0X0080); //0000 0000 1000 0000 按位取反，低电平点亮
Delay_ms(500);
}
}
3.蜂鸣器
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
int main(void)
{
//step1:使用RCC开启GPIO的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
//step2:使用GPIO_Init函数初始化GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //(Out_PP:Out Push Pull)推挽输出(高低电平都是有驱动能力)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
//step3:使用输出或者输入的函数控制GPIO口
while (1)
{
GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);
Delay_ms(500);
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);
Delay_ms(500);
}
}