2、GPIO通用输入输出口

一、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

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二、STM32 GPIO模式：

当使用STM32系列微控制器的GPIO引脚时，您可以根据您的应用需求选择不同的GPIO模式。以下是对每个模式的更详细介绍：

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  1. 输入模式：

    • 浮空输入（Floating Input）：引脚未连接到任何电路。可以用于读取外部电平，但应注意，由于没有上拉或下拉电阻，引脚可能会受到噪声干扰。
    • 上拉输入（Input Pull-Up）：引脚通过内部上拉电阻连接到高电平。在没有外部连接时，引脚会保持高电平。通常用于按钮和开关的输入，以防止悬空电平。
    • 下拉输入（Input Pull-Down）：引脚通过内部下拉电阻连接到低电平。在没有外部连接时，引脚会保持低电平。与上拉输入类似，通常用于按钮和开关的输入。

  2. 输出模式：

    • 通用推挽输出（General-Purpose Push-Pull Output）：引脚可以输出高电平或低电平。用于驱动外部数字电路。
    • 开漏输出（Open-Drain Output）：引脚只能拉低，而不能拉高。通常需要外部上拉电阻来拉高电平。用于实现开漏输出，适用于一些总线通信协议如I2C和SPI。
    • 复用开漏输出（Open-Drain Output with Alternate Function）：类似于开漏输出，但引脚还可以配置为执行特定的备用功能，如UART通信、PWM输出等。
  3. 复用模式：
    • 引脚可以配置为具有不同备用功能的引脚。这些备用功能可以通过相应的寄存器设置来选择，以满足特定的通信或控制需求。
  4. 模拟模式：
    • GPIO引脚可以配置为模拟输入或模拟输出。模拟输入用于连接到模拟传感器或其他模拟电路，而模拟输出用于输出模拟信号。
  5. 中断模式：
    • GPIO引脚可以配置为触发外部中断。当引脚状态变化时，可以触发中断服务程序，允许您在特定事件发生时立即响应。
  6. 高速模式：
    • 高速模式允许GPIO引脚以更高的时钟频率工作，以适应特定的应用需求。这对于需要快速切换引脚状态的应用非常有用。
  7. 低功耗模式：
    • 某些STM32系列支持低功耗模式，可以降低GPIO引脚的功耗，适用于需要长时间运行的电池供电应用。

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

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//Analog IN 模拟输入,这些引脚通常用于连接到模拟传感器或其他模拟电路。
GPIO_Mode_AIN = 0x0,
//In_Floating 浮空输入,这意味着引脚未连接到任何电路，可以读取外部电平，但可能受到噪声干扰。
GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,
//In Pull Down 下拉输入,引脚通过内部下拉电阻连接到低电平，在没有外部连接时，引脚会保持低电平。
GPIO_Mode_IPD = 0x28,
//In Pull Up 上拉输入,引脚通过内部上拉电阻连接到高电平，在没有外部连接时，引脚会保持高电平。
GPIO_Mode_IPU = 0x48,
//Out Open Drain 开漏输出，高电平没有驱动能力,在这种模式下，引脚可以拉低，但不能拉高，通常需要外部上拉电阻来拉高电平。
GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,
//Out Push Pull 推挽输出，高低电平都有驱动能力,在这种模式下，引脚可以输出高电平或低电平，具有驱动能力，用于驱动外部数字电路。
GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,
//Atl Open Drain 复用开漏,类似于开漏输出，但引脚还可以配置为执行特定的备用功能，如UART通信、I2C通信等。
GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,
//Atl Push Pull 复用推挽,类似于推挽输出，但引脚也可以配置为执行备用功能。
GPIO_Mode_AF_PP = 0x18

三、GPIO常用寄存器

（1）端口配置低\高寄存器(GPIOx_CRL/GPIOx_CRH)(x=A…E)

  • 端口配置寄存器共16位，但每4位数据表示1位，共需要64位，而STM32中每个寄存器都为32位，因此分为端口配置低寄存器和端口配置高寄存器。通过端口配置寄存器可以配置GPIO工作模式与端口输出速度。

  • 注意：输出速度可以限制输出引脚的最大翻转速度，作用是降低功耗、提高稳定性，一般情况下配置为50MHz。

（2）端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR)(x=A…E)

  • 输入数据共16位，但寄存器共32位，因此寄存器高16位为空。

（3）端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR)(x=A…E)

  • 输出数据共16位，但寄存器共32位，因此寄存器高16位为空。

（4）端口位设置/清除寄存器(GPIOx_BERR)(x=A…E)

  • 高16位用于位清除，低16位用于位设置。
  • 高16位：为0不影响；为1清0；
  • 低16为：为0不影响；为1置1。

（5）端口位清除寄存器(GPIOx_BER)(x=A…E)

  • 高16位为空，低16位用于清除，方法同上。

（6）端口位配置锁定寄存器(GPIOx_LCKR)(x=A…E)

  • 高15位为空，低17位用于锁定，较少使用。

四、操作STM32的GPIO步骤

1、使用RCC开启GPIO的时钟

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//第一个参数选择外设，第二个参数使能或失能
void RCC_AHBPeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHBPeriph, FunctionalState NewState);
void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState);

AHB外设时钟控制函数就是使能或者失能AHB外设时钟的

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/**
  * @brief  Enables or disables the AHB peripheral clock.
  			使能或失能AHB外设时钟
  * @param  RCC_AHBPeriph: specifies the AHB peripheral to gates its clock.
  *   		第一个参数选择哪一个外设
  *   For @b STM32_Connectivity_line_devices, this parameter can be any combination
  *   of the following values:
  		stm32互联型的设备可以在这个列表选择
  *     @arg RCC_AHBPeriph_DMA1
  *     @arg RCC_AHBPeriph_DMA2
  *     @arg RCC_AHBPeriph_SRAM
  *     @arg RCC_AHBPeriph_FLITF
  *     @arg RCC_AHBPeriph_CRC
  *     @arg RCC_AHBPeriph_OTG_FS    
  *     @arg RCC_AHBPeriph_ETH_MAC   
  *     @arg RCC_AHBPeriph_ETH_MAC_Tx
  *     @arg RCC_AHBPeriph_ETH_MAC_Rx
  * 
  *   For @b other_STM32_devices, this parameter can be any combination of the 
  *   following values:   
  		
  *     @arg RCC_AHBPeriph_DMA1
  *     @arg RCC_AHBPeriph_DMA2
  *     @arg RCC_AHBPeriph_SRAM
  *     @arg RCC_AHBPeriph_FLITF
  *     @arg RCC_AHBPeriph_CRC
  *     @arg RCC_AHBPeriph_FSMC
  *     @arg RCC_AHBPeriph_SDIO
  *   
  * @note SRAM and FLITF clock can be disabled only during sleep make
  			注意SRAM和FLITF时钟只能在睡眠时禁用
  * @param  NewState: new state of the specified peripheral clock.
  			指定外设时钟的新状态。
  *   This parameter can be: ENABLE or DISABLE.
  			取值为:ENABLE或DISABLE。
  * @retval None
  */
void RCC_AHBPeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHBPeriph, FunctionalState NewState)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_RCC_AHB_PERIPH(RCC_AHBPeriph));
  assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState));

  if (NewState != DISABLE)
  {
    RCC->AHBENR |= RCC_AHBPeriph;
  }
  else
  {
    RCC->AHBENR &= ~RCC_AHBPeriph;
  }
}

2、使用GPIO_Init函数初始化GPIO

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//该函数用于将指定的GPIO外设复位为其默认状态。
//参数 GPIOx 是一个指向 GPIO_TypeDef 结构的指针，用于指定要复位的GPIO外设，例如 GPIOA、GPIOB等。
void GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef* GPIOx);
//该函数用于将AFIO (Alternate Function I/0) 外设复位为其认状态。AFIO设用于配器GPIO引脚的复用功能。
void GPIO_AFIODeInit(void);
//该函数用于通过结构体参数初始化指定GPIO外设的GPIO引脚。
//参数 GPIOx 是一个指向 GPIO_TypeDef 结构的指针，用于指定要配置的GPIO外设
//参数 GPIO Initstruct 是一个结构体指针，包含有关要配置的GPIO引脚的详细信息，例如引脚的模式速度、上下拉等。
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);
//该函数用于将传递的结构体初始化为默认值，以便稍后通过 GPIO_Init 函数进行配置//参数 GPIO_Initstruct 是一个结构体指针，需要在调用该函数前进行定义，并将其传递给 GPIO_Init函数。
void pIO structInit(GPIO InitTypeDef* GPIO Initstruct);//该函数用于读取指

3、使用输出或输入的函数控制GPIO

3.1、GPIO输出函数
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//GPIO的写入输出函数
//该函数用于将指定GPIO外设的一个或多个引脚设置为高电平。
void GPIO SetBits(GPIO TypeDef* GPIOx, uint16 t GPIO Pin);
//该函数用于将指定GPIO外设的一个或多个引脚设置为低电平。
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
//该函数用于根据第三个参数的值来设置指定GPIO外设的一个引脚的状态（高或低）。
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);
//该函数用于根据第二个参数的值来设置指定GPIO外设的所有引脚的状态（高或低）。
void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);
3.2 输出函数控制GPIO示例
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void LED_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	//这行代码启用了GPIOA外设的时钟。在STM32中，要使用GPIO端口，首先需要启用相应的外设时钟。
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    //这行代码定义了一个名为`GPIO_InitStructure`的结构体变量，用于配置GPIO端口的初始化参数
        /*!typedef struct{	//typedef更改结构体的名字为GPIO_InitStructure
  uint16_t GPIO_Pin;
  //指定要配置的GPIO引脚。
该参数可以是@ref GPIO_pins_define的任意值
  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;  
  //指定所选引脚的速度。
该参数可以是@ref GPIOSpeed_TypeDef的值
  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;    
  //指定所选引脚的工作模式。
该参数可以是@ref GPIOMode_TypeDef的值
}GPIO_InitTypeDef; */
    //.引出结构体成员
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    //这行代码配置了GPIO的工作模式。`GPIO_Mode_Out_PP` 表示GPIO端口将被配置为推挽输出模式，即可以输出高电平和低
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
    //这行代码指定了要初始化的GPIO引脚。在这里，GPIOA的引脚1和2被初始化。
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    //这行代码配置了GPIO的输出速度。在这里，GPIO的输出速度被设置为50MHz。
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    //这行代码使用前面配置好的参数初始化GPIOA端口。它告诉STM32使用`GPIO_InitStructure`中定义的参数来配置GPIOA端口。
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2);
    //这行代码将GPIOA的引脚1和2设置为高电平，从而点亮LED。`GPIO_SetBits` 函数用于设置指定引脚的电平。
}
3.3、GPIO读取函数
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//GPIO的读取输入函数
//该函数用于读取指定GPIO外设的单个引脚的输入状态，返回引脚的状态(高电平或低电平）
uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GpIO_TypeDef* GPIOx, uint16 t GpIO Pin);
//该函数用于读取指定GPIO外设的所有引脚的输入状态，返回整个GPIO端口的状态值。
uint16 t GPIO ReadInputData(GPIO TypeDef* GPIOx);
//该函数用于读取指定GPIO外设的单个引脚的输出状态，返回引脚的状态（高电平或低电平)
uint8 t GPIO ReadOutputDataBit(GpIO TypeDef* GPIOx, uint16 t GpIO pin);
//该函数用于读取指定GPIO外设的所有引脚的输出状态，返回整个GPIO端口的状态值。
uint16 t GPIO ReadoutputData(GpIO TypeDef* GPIOx)
3.4 输入函数控制GPIO示例
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void Key_Init(void)
{
    // 启用GPIOB外设的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    // 定义GPIO初始化参数结构体
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;    
    // 配置GPIO工作模式为上拉输入模式（Input Pull-Up）
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;    
    // 配置GPIO引脚，这里配置引脚1和引脚11
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_11;    
    // 配置GPIO输出速度为50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    
    // 使用上述配置初始化GPIOB端口
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

uint8_t Key_GetNum(void)
{
    uint8_t KeyNum = 0;
// 检测引脚1是否低电平（按钮按下）
if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)
{
    // 等待20毫秒（消除按键抖动）
    Delay_ms(20);
    // 检测引脚1是否仍然低电平（按钮保持按下）
    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0);
    // 再次等待20毫秒（避免多次检测到按钮按下）
    Delay_ms(20);
    // 设置按键号为1
    KeyNum = 1;
}

// 检测引脚11是否低电平（按钮按下）
if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0)
{
    // 等待20毫秒（消除按键抖动）
    Delay_ms(20);
    // 检测引脚11是否仍然低电平（按钮保持按下）
    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0);
    // 再次等待20毫秒（避免多次检测到按钮按下）
    Delay_ms(20);
    // 设置按键号为2
    KeyNum = 2;
}
// 返回检测到的按键号（0表示没有按键按下）
return KeyNum;
}

1、A15、B3、B4三个端口默认是JTAG调试端口，如果要当作普通端口，要进行一些相关的配置

2、有源蜂鸣器：内部自带振荡器，频率固定

无源蜂鸣器：不带振荡器，要提供震荡脉冲才能发生，可以发出不同频率的声音

3、推挽输出高低电平都有驱动能力

开漏输出高电平相当于高阻态，没有驱动能力，低电平有驱动能力