GPIO 通用输入输出口

1. GPIO 简介

GPIO (General Purpose Input Output) 通用输入输出口，其是一种数字信号接口，用于连接微处理器和外部设备。它可以用来读取外部传感器的输入信号，或者控制外部设备的输出信号。GPIO接口通常由微控制器或单片机提供，可以通过编程来配置和控制。

STM32 的 GPIO 有以下几种特点

STM32 的 GPIO 可配置 8 种输入输出模式。
GPIO 引脚电平为 0~3.3V，部分引脚可以容忍 5V。
在输出模式下，可控制端口输出高低电平，用以驱动LED、控制蜂鸣器、模拟通讯协议输出时序等。
在输入模式下，可读取端口高低电平或者电压，用于读取按键输入、外接模块电平信号输入、ADC电压采集、模拟通讯协议接收数据等。

2. GPIO 的 8 种工作模式

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。

输入模式 Input Mode

浮空输入上拉输入下拉输入模拟输入

数字输入

标准库：GPIO_Mode_IN_FLOATING

可读取引脚电平、但是如果引脚悬空，则GPIO口的电平会不稳定。

数字输入

标准库：GPIO_Mode_IPU

可读取引脚电平，内部连接上拉电阻，悬空时默认高电平。

数字输入

标准库：GPIO_Mode_IPD

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

标准库：GPIO_Mode_AIN

GPIO无效，引脚直接接入内部ADC。

输出模式 Output Mode

开漏输出推挽输出复用开漏输出复用推挽输出

数字输出

标准库：GPIO_Mode_Out_OD

可输出引脚电平，高电平为高阻态，低电平接GND。

数字输出

标准库：GPIO_Mode_Out_PP

可输出引脚电平，高电平接VCC，低电平接GND。

数字输出

标准库：GPIO_Mode_AF_OD

由片上外设控制，高电平为高阻态，低电平接GND。

数字输出

标准库：GPIO_Mode_AF_PP

由片上外设控制，高电平接VCC，低电平接GND。

3. GPIO 操作

3.1 初始化

3.1.1 开启RCC时钟

STM32 单片机的 GPIO 外设寄存器挂载在 APB1/APB2 总线上，在使用 GPIO 时需要先开启对应的 APB 总线时钟。

基于标准库配置总线时钟

开启 APB2 总线时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd (RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

该函数接收两个参数

RCC_APB2PeriphClockCmd

被 APB2 总线控制的外设使能状态

RCC_APBPeriph	描述
RCC_APB2Periph_AFIO	功能复用 IO 时钟
RCC_APBPeriph_GPIOA	GPIOA 时钟
RCC_APBPeriph_GPIOB	GPIOB 时钟
RCC_APBPeriph_GPIOC	GPIOC 时钟
RCC_APBPeriph_GPIOD	GPIOD 时钟
RCC_APBPeriph_GPIOE	GPIOE 时钟
RCC_APBPeriph_ADC1	ADC1 时钟
RCC_APBPeriph_ADC2	ADC2 时钟
RCC_APBPeriph_TIM1	TIM1 时钟
RCC_APBPeriph_SPI1	SPI1 时钟
RCC_APBPeriph_USART1	USART1 时钟
RCC_APB2Periph_ALL	全部 APB2 外设时钟

ENABLE
DISABLE

3.1.2 配置GPIO工作模式

通过创建一个结构体，可以通过标准库提供的函数来对 STM32 的 GPIO 口进行初始化配置。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructre;                 // 创建一个名为 GPIO_InitStructre 的结构体

GPIO_InitStructre.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     // 设置输出模式为 GPIO_Mode_Out_PP - 推挽输出
GPIO_InitStructre.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;           // 设置输出引脚为 GPIO_Pin_13 - 13号引脚
GPIO_InitStructre.GPIO_Speed = GPIO_Spedd_50MHz;    // 设置引脚速度为 50MHz

GPIO_Init (GPIOC,&GPIO_InitStructre)                // 调用 GPIO_Init() 函数初始化GPIO

GPIO_InitTypeDef 结构体包含了三个成员变量

.GPIO_Mode.GPIO_Pin.GPIO_Speed

指定 GPIO 引脚的工作模式，共计 8 种工作模式。

输入模式

模式名	描述
GPIO_Mode_AIN	模拟输入
GPIO_Mode_IPD	下拉输入
GPIO_Mode_IPU	上拉输入
GPIO_Mode_IN_FLOATING	浮空输入

输出模式

模式名	描述
GPIO_Mode_OUT_OD	开漏输出
GPIO_Mode_OUT_PP	推挽输出
GPIO_Mode_AF_PP	复用推挽输出
GPIO_Mode_AF_OD	复用开漏输出

设置需要配置的引脚，结合初始化操作中开启了 RCC 时钟的 GPIO 组，即为操作的引脚，例如 GPIOC 、 GPIO_Pin_13 即为：PC13 引脚。

设置GPIO引脚的工作速度，一共有以下几种速度数值可选。

模式名	描述
GPIO_Speed_10Mhz	10Mhz
GPIO_Speed_2MHz	2Mhz
GPIO_Speed_50MHz	50Mhz

数值越大，代表着GPIO的工作速度越快。

若想对多个引脚同时进行配置操作，使用 C 的或运算符即可同时指定几个引脚进行配置。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructre;                 // 创建一个名为 GPIO_InitStructre 的结构体

GPIO_InitStructre.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     // 设置输出模式为 GPIO_Mode_Out_PP - 推挽输出
GPIO_InitStructre.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14;
GPIO_InitStructre.GPIO_Speed = GPIO_Spedd_50MHz;    // 设置引脚速度为 50MHz

GPIO_Init (GPIOC,&GPIO_InitStructre)                // 调用 GPIO_Init() 函数初始化GPIO

3.2 设置GPIO的输出状态

3.2.1 SetBits/ResBits

在STM32标准库中，可以通过调用以下两个函数，来对GPIO的输出状态进行设定。

GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);     //设置GPIO高电平
GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);   //设置GPIO低电平

分别传入需要操作的 GPIO 的组和 GPIO 引脚号即可。

3.2.2 WriteBit

在STM32标准库中，也可以通过如下函数，来对GPIO的输出状态进行设定。

GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);

GPIOxGPIO_PinBitVal

需要操作哪一组端口。

需要操作的引脚

设定该引脚的电平状态

0 - 低电平

1 - 高电平

3.3 设置GPIO的输入状态

3.3.1 ReadInputDataBit

在STM32标准库中，可以通过调用如下函数，来对GPIO的输入模式进行读取。

int GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

通过调用该函数可以实现读取指定端口的电平状态，在数字输入模式下，该函数会返回当前引脚电平，若GPIO为输入高电平，则会返回 0 反之返回 1。