【STM32】GPIO基础知识、8种工作模式、10种寄存器详细介绍

一、GPIO入门知识

（1）GPIO是什么？

全称：general purpose intput output 通用输入输出端口。

可以做输入也可以做输出。GPIO端口可通过程序配置成输入或者输出。

（2）引脚和GPIO的区别和联系？

STM32的引脚中，有部分是做GPIO使用，部分是电源引脚/复位引脚/启动模式引脚/晶振引脚/调试下载引脚。

（3）STM32F767IGT6 IO口引脚资源

①一共有9组IO:PA～PI ②其中PA~PH每组16个IO，PI只有PIO~PI11。

③一共有140个I0口：16*8+12=140

（4）绝多数引脚都是GPIO，有限的引脚怎么实现更多的功能？

STM32的大部分引脚除了当GPIO使用外，还可以复用为外设功能引脚（比如串口，定时器，CAN，ADC，DAC等）。一个引脚，可以作为IO口，同时也可以作为复用功能外设引脚。

（5）上电复位后IO口状态？

上电复位后，GPIO默认为输入浮空状态，部分特殊功能引脚为特定状态。

复位后，调试引脚处于复用功能上拉/下拉状态：

PA15：JTDI处于上拉状态

PA14：JTCK/SWCLK处于下拉状态

PA13：JTMS/SWDAT处于下拉状态

PB4：NJTRST处于上拉状态

PB3：JTDO处于浮空状态

（5）复用原理

AFRL复用功能低位寄存器，控制8个IO口。每四位控制1个引脚，可以配置该引脚复用为AF0~AF15。

二、GPIO的8种工作模式

                                                                           表1 GPIO的8种工作模式

4种输入模式	对应的标识	作用
输入浮空		多用于外部按键输入，在浮空输入状态下，IO 的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定。
输入上拉	GPIO_MODE_INPUT	IO 外部上拉电阻输入
输入下拉		IO 外部下拉电阻输入
模拟输入	GPIO_MODE_ANALOG	用于 ADC 模拟输入，或者低功耗下省电
4种输出模式（带上下拉）
开漏输出（带上拉或者下拉）	GPIO_MODE_OUTPUT_OD	IO 输出 0 接 GND，IO 输出 1，悬空，IO 口的状态由上拉电阻拉高电平。由于是开漏输出模式 IO 口也可以由外部电路改变为低电平或不变。
开漏复用功能（带上拉或者下拉）	GPIO_MODE_AF_OD
推挽式输出（带上拉或者下拉）	GPIO_MODE_OUTPUT_PP	IO 输出 0接 GND， IO 输出 1 接 VCC，读取输入值是未知的
推挽式复用功能（带上拉或者下拉）	GPIO_MODE_AF_PP

                                                                                  表2 GPIO的4种输出速度

4种最大输出速度	速度	对应的标识
2MHZ	低速	GPIO_SPEED_LOW
25MHZ	中速	GPIO_SPEED_MEDIUM
50MHZ	快速	GPIO_SPEED_FAST
100MHZ	高速	GPIO_SPEED_HIGH

                                                                              表3 GPIO的上下拉情况说明

上/下拉	对应的标识
无上下拉	GPIO_NOPULL
上拉	GPIO_PULLUP
下拉	GPIO_PULLDOWN

输入浮空模式分析：

①无上、下拉。

②输出驱动器被禁止，模拟和复用功能输入也不起作用。

 ③施密特触发器输入被打开，CPU从输入数据寄存器去读取IO口的状态。

输入上拉模式分析：

①外部上拉电阻起作用

 ②输出驱动器被禁止，模拟和复用功能输入也不起作用。

③施密特触发器输入被打开，CPU从输入数据寄存器去读取IO口的状态。

输入下拉模式分析：

①外部下拉电阻起作用

②输出驱动器被禁止，模拟和复用功能输入也不起作用。

 ③施密特触发器输入被打开，CPU从输入数据寄存器去读取IO口的状态。

模拟输入模式分析：

①外部上、下拉电阻都不起作用

② 信号到达施密特触发器之前直接走模拟通道，ADC会去采集IO口的电压信号。

③CPU 会去读取ADC控制单元的相关的寄存器，去读取IO口的模拟信号，ADC控制单元把它转化为数字信号。

开漏模式分析：

①CPU往BSRR寄存器写值，并反映到输出数据寄存器（ODR），设置对应的I0口的为为1，ODR相应的位也为1

② 写1时经过输出控制电路，N-MOS管截至，没有反映到IO口。此时，要想使IO口输出1，要接上拉电阻。

③ 写0时经过输出控制电路，N-MOS导通，此时接下拉电阻，IO口输出0。

④CPU可以通过输入数据寄存器，来读取IO口电平的状态。

推挽输出模式分析：

 ①输出数据寄存器为1，IO口就为高电平。

 ② 输出数据寄存器为0，IO口就为低电平。

 ③ 写1，P-MOS导通，IO口输出VDD,为高电平。写0，N-MOS导通，IO口输出VSS,为低电平。

 ④ CPU可以通过输入数据寄存器，来读取IO口电平的状态。

三、GPIO相关的寄存器

                                                                            表4GPIO寄存器表述

寄存器种类	英文表示	说明
端口模式寄存器 (GPIOx_MODER) (x =A..K)	port mode register（MODE R）	4个32位配置寄存器
端口输出类型寄存器 (GPIOx_OTYPER) (x = A..K)	port output type register(O TYPE R)
端口输出速度寄存器 (GPIOx_OSPEEDR) (x = A..K)	port output speed register(O SPEED R)
端口上拉/ 下拉寄存器 (GPIOx_PUPDR) (x = A..K)	port pull-up/pull-down register(PU PD R)
端口输入数据寄存器 (GPIOx_IDR) (x = A..K)	port input data register(I D R)	2个32位数据寄存器
端口输出数据寄存器 (GPIOx_ODR) (x = A..K)	port output data register(O D R)
端口置位/ 复位寄存器 (GPIOx_BSRR) (x = A..K)	port bit set/reset register(B S R R)	1个32位置/位复位寄存器
端口配置锁定寄存器 (GPIOx_LCKR) (x = A..K)	port configuration lock register(LCK R)	1个32位锁存寄存器
复用功能低位寄存器 (GPIOx_AFRL) (x = A..K)	alternate function low register(A F R L )	2个复用功能寄存器
复用功能高位寄存器 (GPIOx_AFRH) (x = A..J)	alternate function high register(A F R H)