代码收藏家技术教程 2024-07-12

STM32 GPIO玩转指南（详细解读，慢工出细活）

文章目录

一、GPIO的八种模式

二、GPIO寄存器介绍

三、GPIO的基础配置

3.1 输入配置

3.2 输出配置

3.3 复用功能配置

3.4 模拟输入配置

四、常用库函数介绍

五、应用实例-点亮并闪烁LED灯

一、GPIO的八种模式

我们先简单了解以下GPIO的八种工作模式都有哪些。具体电路上如何实现的在配置中进行详细理解。输入输出（IO, Input/Output）接口是微控制器必须具备的最基本外设功能。根据IO端口的特定硬件特性，IO端口的每一个引脚都可以由软件配置成多种模式：
（1）浮空输入：端口在默认情况下什么都不接，呈现高阻态。
（2）上拉输入：输入高电平，接一个上拉电阻（起保护作用），表示该端口在默认情况下输入为高电平。
（3）下拉输入：与上拉类似，只不过在默认情况下输入为低电平。
（4）模拟输入：用于接入ADC模拟输入。
（5）开漏输出：本身不输出电压，要想输出高电平必须接上拉电阻。
（6）推挽输出：直接输出高低电平电压。低电平时接地，高电平时输出电压电压，这种方式可以不接上拉电阻。
（7）推完复用：片内外设的功能，如I2C的SCL、SDA等。
（8）开漏复用：片内外设功能，如SPI的SCK、MISO、MOSI等

注释：此图来自于STM32F103数据手册；

二、GPIO寄存器介绍

STM32F10x处理器的每个GPIO端口都对应有2个32位配置寄存器（GPIOx_CRL,GPIOx_CRH）、2个32位数据寄存器（GPIOx_IDR,GPIOx_ODR）、1个32位置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR）、1个16位复位寄存器（GPIOx_BRR）和1个32位锁定寄存器（GPIOx_LCKR）。

端口配置低寄存器—GPIOx_CRL
该寄存器用来设置IO口（A~G）低8位的工作模式，每个IO口的位占用CRL的4位，低2位位MODE[1:0]，用来配置输出速度。高2位为CNF[1:0]，用来配置端口的输入或输出模式。
端口配置高寄存器—GPIOx_CRH
端口配置高寄存器作用和端口配置低寄存器相似，不同的是CRH是用来设置IO口（A~G）高8位的工作模式。
端口输入数据寄存器—GPIOx_IDR
端口被设置位输入功能后，可以从IDR相应位读取数据来判断IO口的输入状态，该寄存器智能以16位的方式读取。
端口输出数据寄存器—GPIOx_ODR
端口被设置成为输出模式后，可以从ODR相应位读写数据来判断和控制IO口的输出状态，该寄存器只能以16位的方式读取。
端口位置位/复位寄存器—GPIOx_BSRR
通过设置该寄存器可以对ODR某1位进行置1和复位操作。
端口位复位寄存器—GPIOx_BRR
通过设置GPIOx_BRR，可以对ODR进行置1和复位操作。

通过寄存器GPIOx_BSRR或GPIOx_BRR，可以实现对寄存器GPIOx_ODR中的某1位或多位进行更改，而不影响其他位的状态。
端口配置锁定寄存器—GPIOx_LCKR
该寄存器的每一位用来锁定CRL，CRH相应的4位。

三、GPIO的基础配置

每个I/O端口位可以自由编程，然而必须按照32位字访问I/O端口寄存器(不允许半字或字节访
问)。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允许对任何GPIO寄存器进行读/更改的独立访问；这样，在读和更改访问之间产生IRQ时不会发生危险。

3.1 输入配置

次图片来自于STM32F103数据手册
当IO端配置为输入时：
（1）输出缓存器被禁止。
（2）施密特触发器输入被激活。
（3）根据输入配置（上拉，下拉或浮空）的不同，上拉下拉电阻被连接。
（4）出现在IO脚上的数据在每个APB2时钟被采样到输入数据寄存器。
（5）读输入数据寄存器可得到IO状态。

3.2 输出配置

此图来自于STM32F103数据手册
当IO端口被配置为输出时：
（1）输出缓冲器被激活。
开漏模式：输出寄存器上的0激活N-MOS，而输出寄存器上1将端口置于高阻态（P-MOS从不被激活）。
推挽模式：输出寄存器上的0激活N-MOS，而输出寄存器上的1将激活P-MOS。
（2）施密特触发输入被激活。
（3）上拉和下拉电阻被禁止。
（4）出现在IO脚上的数据在每个APB2时钟被采样到输入数据寄存器。
（5）在开漏模式时，对输入数据寄存器的读访问可得到IO状态。
（6）在推挽式模式时，对输出数据寄存器的访问得到最后一次写的值。

3.3 复用功能配置

一组复用功能IO寄存器允许用户把一些复用功能重新映射到不同的引脚。
此图来自于STM32F103
当IO端口被配置为复用功能时：
（1）在开漏或推挽配置中，输出缓冲器被打开。
（2）内置外设的信号驱动输出缓冲器（复用功能输出）。
（3）施密特触发输入被激活。
（4）上拉或下拉电阻被禁止。
（5）在每个APB2时钟周期，出现在IO脚上的数据被采样到输入数据寄存器。
（6）在开漏模式时，读输入数据寄存器时可得到IO状态。
（7）在推挽模式时，读输出数据寄存器时可得到最后一次写的值。

3.4 模拟输入配置

此图来自STM32F103数据手册
当IO端口位高阻态模拟输入配置时：
（1）输出缓冲器被禁止。
（2）施密特触发输入被禁止，实现了每个模拟IO引脚上的零消耗。施密特触发输出值被强置为0。
（3）弱上拉和下拉电阻被禁止。
（4）读取输入数据寄存器时数值为0。

四、常用库函数介绍

STM32标准库中提供了几乎覆盖所有GPIO操作的函数，以下对比较常用的函数进行讲解。
（1）函数GPIO_Init：有两个输入参数，参数1为GPIOx，其中x为A,B,C,D,E各个端口。参数2为GPIO_InitStruct为只想结构GPIO_InitTypedef的指针，包含了外设GPIO的所有信息。简单来说就是对GPIO进行初始化。

typedef struct
{
	uint16_t GPIO_Pin;
	GPIOSpeed_Typedef GPIO_Speed;
	GPIOMode_Typedef GPIO_Mode;
}GPIO_InitTypedef

GPIO_Pin—端口对应的引脚；
GPIO_Speed—定义端口的速度；
GPIO_Mode—定义端口的模式。
（2）函数GPIO_ReadInputDataBit：该函数是读取指定端口引脚的输入，使用方法如下

// 读取PB6引脚的输入
uint8_t ReadValue;
ReadValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_6);

（3）函数GPIO_ReadInputData：读取指定的GPIO端口的输入，使用方法如下：

// 读取PB的输入
uint16_t ReadValue;
ReadValue = GPIO_ReadInputData(GPIOB);

（4）函数GPIO_SetBits：设置指定端口引脚为1，使用方法如下：

// 设置PA9为1
GPIO_SetBits(GPIOA,FPIO_Pin9);

（5）函数GPIO_ResetBits：设置指定端口引脚为，使用方法如下：

// 设置PA9为0
GPIO_ResetBits(GPIOA,FPIO_Pin9);

标准库中还包含了很多功能函数，具体的可参考相关的数据手册，这里就不一一列举了，以上五种是在日常使用中比较常用的五个函数，需要熟悉并能熟练掌握。

五、应用实例-点亮并闪烁LED灯

接下来我们进行一个简单的实例，熟练掌握GPIO的用法后，成为点灯大师就不远了！！！我们使用的开发板是STM32F103C8T6最小系统，LED灯对应的引脚为PC13，以下为具体步骤：
（1）对GPIO进行初始化
定义LedDriver.h文件，对引脚和函数进行定义。

#ifndef _LEDDRIVER_H_
#define _LEDDRIVER_H_

#include "stm32f10x.h"

#define GPIO_LED_PORT    GPIOC
#define GPIO_LED_PIN     GPIO_Pin_13

void LedDriver_Init(void);
#endif

定义LedDriver.c源程序，调用相关函数对GPIO进行初始化。

#include “LedDriver.h”

void LedDriver_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStureture;  
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
	
	GPIO_InitStureture.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  //配置为推挽输出
	GPIO_InitStureture.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
	GPIO_InitStureture.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStureture);
}

（2）主函数—main

#include "stm32f10x.h"
#include "LedDriver.h"

// 定义延时函数
void Delay_ms(vu16 nms)
{        
   uint16_t i;
   while(nms--) 
   { 
     for(i = 0 ; i < BoardClkNum*1000 ; i++);
   } 
}

void main()
{
	LedDriver_Init();  // 对LED引脚进行初始化
	while(1)
	{
		GPIO_SetBits(GPIO_LED_PORT,GPIO_LED_PIN);	 // 将PC13引脚设置为1
		Delay_ms(100)；
		GPIO_ResetBits(GPIO_LED_PORT,GPIO_LED_PIN);  // 将PC13引脚设置为0
		Delay_ms(100)；
	}
]

（3）演示实例

LED闪烁

作者：嵌入式小白儿