代码收藏家技术教程 2024-02-11

深入学习STM32F103C8T6的GPIO控制

一，GPIO是什么

二，GPIO 基本结构

1， GPIO在STM32的位置

2，STM32的GPIO对应的引脚

三，GPIO的八种模式

2. GPIO_MODE_IN_FLOATING 浮空输入

3. GPIO_MODE_IPD 下拉输入

4. GPIO_MODE_IPU 上拉输入

5. GPIO-MODE_OUT_OD 开漏输出

6. GPIO_MODE_OUT_PP 推挽输出

7. GPIO_MODE_AF_OD 复用开漏输出

8. GOIO_MODE_AF_PP 复用推挽输出

四，总结

一，GPIO是什么

GPIO是通用输入输出引脚，它是STM32芯片上的数字接口，可以被软件配置为输入或输出，在连接外部设备时发挥重要作用。它们可以使用寄存器级操作进行配置和控制，因此具有灵活性和可编程性。GPIO口都可以根据需要被配置为数字输入（input）或数字输出（output）模式。在输入模式下，GPIO口接收外部设备产生的电信号，并将其转换为数字信号传递给处理器。在输出模式下，GPIO口将处理器输出的数字信号转换为电信号，并向外部设备发送。这里提醒一下小伙伴们，有些GPIO口是不能直接配置的，比如下面STM32F103C8T6的引脚定义图里的PC13，PC14和PC15引脚通过电源开关进行供电，且同一时间，三个引脚中只有一个引脚能作为输出引脚，这就意味这这不是普通的GPIO，需要进行特别的配置才可以用，这里给大家分享一下更改之后的代码：

PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);//允许修改RTC 和后备寄存器
RCC_LSEConfig(RCC_LSE_OFF);//关闭外部低速外部时钟信号功能后，PC13 PC14 PC15 才可以当普通IO用。
BKP_TamperPinCmd(DISABLE);//关闭入侵检测功能，也就是 PC13，也可以当普通IO 使用
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);/*开C口时钟，复用时钟。*/




GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//结构体定义
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_13 |GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;//设为输出，注意：2MHZ
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);

PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);//允许修改RTC 和后备寄存器

二，GPIO 基本结构

1， GPIO在STM32的位置

在STM32中，所有的GPIO都是挂载在APB2外设总线上。

图1

2，STM32的GPIO对应的引脚

图2

如上图2所示，的GPIO寄存器有32位，PA0 — PA15 只用了16位，只用到了低16位，而高16位闲置。驱动器用来增强驱动能力其命名方式为 GPIOA $\rightarrow$ PA ； GPIOB $\rightarrow$ PB；GPIOC $\rightarrow$ PC。

三，GPIO的八种模式

GPIO的八种模式又分为四种输入模式和四种输出模式，这里主要介绍八种模式功能及其对应的适用场景。

1. GPIO_MODE_AIN 模拟输入

在该模式下，GPIO引脚被配置为模拟信号输入,主要用于ADC。ADC模块可以将引脚读取到的模拟信号转换成数字信号进行处理。这种模式适用于需要精确模拟量信号输入的场合，如温度传感器、光传感器等。
举例：在一个机器人系统中，需要使用光传感器来检测周围环境的亮度。可以将GPIO引脚配置为模拟输入模式，并将光传感器连接到引脚和地之间，此时ADC模块可以将读取到的模拟信号转换成数字信号进行处理。

2. GPIO_MODE_IN_FLOATING 浮空输入

在该模式下，GPIO引脚处于高阻态且未选通上拉或下拉电阻。这种模式适用于数字输入信号不需要精度要求的场合，例如控制系统中一些状态量检测、接近传感器等的信号输入。但是，在使用输入浮空模式时，需要注意防止静电干扰和误操作。
举例：在一个控制系统中，检测两个机械部件之间距离的传感器，只需输出0或1两个状态值，可以使用输入浮空模式。

3. GPIO_MODE_IPD 下拉输入

浮空输入在外界没有输入时状态不确定，可能对电路造成干扰。为了使得电路更加稳定，不出现没有输入时端口的输入数据被干扰（比如手碰一下电压就发生变化）。这时就需要下拉电阻（或上拉电阻）,此电阻与端口输入阻抗相比仍然较小。有输入信号时端口读取输入信号，无输入信号时端口电平被拉到低电平（高电平）。

举例：在嵌入式设备中，如果需要使用按键来进行控制，可以将GPIO引脚配置为输入下拉模式，并将按键连接到引脚和VDD之间，在此模式下，当按键不被按下时，引脚处于低电平状态，当按键被按下时，引脚变为高电平状态。

4. GPIO_MODE_IPU 上拉输入

上拉输入与下拉输入类似，只是无输入信号时端口电平被拉到高电平。例如按键信号，当按下时输入低电平，松开时电平被拉到高电平。这样就不会出现按键松开时端口电平不确定的情况。即不知道时按下还是松开。

举例：在嵌入式设备中，如果需要使用按键来进行控制，可以将GPIO引脚配置为输入上拉模式，并将按键连接到引脚和地之间，在此模式下，按键不被按下时，引脚处于高电平状态，当按键被按下时，引脚变为低电平状态。

5. GPIO-MODE_OUT_OD 开漏输出

开漏输出即漏极开路输出。这种输出方式指场效应管漏极开路输出。需要接上拉电阻才能输出1。漏极经上拉电阻接到电源，栅极输出0时，场效应管截止（阻抗无线大），电压被分到场效应管上，此时输出为1。当栅极输出1时，场效应管导通，输出端口相当于接地，此时输出0。开漏输出高电平时是由外接电源输出的，因此可以实现高于输出端口电压的输出。可以实现电平的转换。开漏输出可以实现线与功能，方法是多个输出共接一个上拉电阻。但是漏极开路输出上升沿慢，因为上升沿是外接电源对上拉电阻以及外接负载充电。当上拉电阻较大或者负载容性较大时时间常数较大，充电较慢。需要较快反映时可以采用下降沿触发，此时没有电阻接入，电路的时间常数较小，充电较快。

举例：STM32使用I2C通讯时，SDA和SCL都要使用开漏输出模式。这是因为I2C通讯总线中，SDA和SCL线都可能出现多主机同时发送数据的情况，为避免数据冲突，需要将SDA和SCL配置成开漏输出模式，并且使用外部上拉电阻将它们拉升到高电平。

6. GPIO_MODE_OUT_PP 推挽输出

推挽输出既可以输出1，又可以输出0。但是无法调节输出电压，因为输出高低电平均为三极管输入端电压，此电压在由芯片内部供电，无法改变。推挽输出任意时刻只有一路工作,推挽输出损耗小、速度快。

举例：在一个机器人系统中，需要通过GPIO引脚来控制机器人的运动方向，例如前进、后退、左转、右转等。可以将GPIO引脚配置为推挽输出模式，并将引脚连接到电机驱动芯片，此时引脚可以直接驱动电机的正反转。

7. GPIO_MODE_AF_OD 复用开漏输出

STM32单片机内部有其他的外设，比如定时器、DAC等。复用开漏输出与普通开漏输出区别在于，开漏输出输出的是输出数据寄存器中的数据，复用开漏输出输出的是来自外设的数据。

举例：在一个机器人系统中，需要使用I2C总线来进行控制。可以将GPIO引脚配置为开漏式复用功能模式，并将SCL连接到引脚上。此时，引脚被配置为开漏输出模式，可以驱动I2C总线中的SCL时钟线。

8. GOIO_MODE_AF_PP 复用推挽输出

在该模式下，GPIO引脚可以被配置为一些标准的或自定义的功能，例如USART通信的TX、RX数据线。这种模式下，GPIO引脚被配置为推挽输出模式，适用于直接驱动负载或者数据通讯。
举例：在一个机器人系统中，需要使用串口通信来进行数据传输。可以将GPIO引脚配置为推挽式复用功能模式，并将TX、RX数据线连接到引脚上。此时，引脚被配置为推挽输出模式，可以直接驱动负载或进行数据通讯。