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STM32 GPIO基础知识解析

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GPIO的4种输入模式:

浮空输入：

上拉输入：

下拉输入：

模拟输入：

GPIO的4种输出模式：

开漏输出：

开漏复用输出：

推挽输出：

推挽复用输出：

推挽输出与开漏输出不同之处：

4种输出速度：

控制GPIO的寄存器：

GPIO配置常用函数：

初始化函数：

2个读取输入电平函数：

2个读取输出电平函数：

4个设置输出电平函数：

GPIO初始化配置：

GPIO的4种输入模式:

GPIO_Mode（模式） GPIO_Mode_IN GPIO_Mode_IN GPIO_Mode_IN GPIO_Mode_AN

GPIO_PuPd

 GPIO_PuPd_UP GPIO_PuPd_DOWN GPIO_PuPd_NOPULL

GPIO_PuPd_NOPULL
输入模式 上拉输入 下拉输入 浮空输入 模拟输入

*（在模拟输入模式下，通常需要禁用GPIO引脚上的上下拉电阻，以避免对模拟信号的干扰）*

浮空输入：

是指GPIO引脚没有被连接到高电平或低电平信号源，GPIO引脚不呈现高低电平状态。

CPU读取IO口的电平状态时，当IO口输入高/低电平时，CPU会读取到相对应的高低电平。当IO口无输入时，此时IO口电平处在一个动态变化的状态，电平保持在一种未定义的状态，既不是高电平也不是低电平。

应用说明：浮空输入模式的电平会完全取决于外部电路而与内部电路无关。常用于开关、按键、感应传感器的输出电平读取。但是在没有外部电路接入的时候，会导致IO脚浮空会使得电平不确定。

上拉输入：

上拉输入是指GPIO的引脚通过一个上拉电阻与正电源相连接，GPIO引脚保持高电平状态。

当IO口无外部输入的时候，IO口的电平稳定在高电平，则当IO口输入高电平时就无法判断是否有高电平输入。当IO口输入低电平时，就能稳定读取到低电平。

下拉输入：

下拉输入是指输GPIO的引脚通过一个下拉电阻与地相连接，GPIO引脚保持低电平状态。

当IO口无外部输入的时候，IO口的电平稳定在低电平，则当IO口输入低电平时就无法判断是否有低电平输入。当IO口输入高电平时，就能稳定读取到高电平。

应用说明：上/下拉输入经常用于按钮、开关等外部设备的输入接口。当外部设备未激活时，引脚保持在逻辑高电/低平状态，一旦外部设备产生逻辑高/低电平信号，就会被及时检测到。可以有效抗干扰，提高了输入的稳定性，避免了信号的抖动和误判。

模拟输入：

模拟输入是指将连续变化的物理量（如电压或电流）转换为数字信号，通过模拟-数字转换器（ADC）输入到CPU中。此时CPU要读取IO口的模拟信号，就不能使用浮空，上下拉输入，这三种输入模式输入的是数字信号（及输入高低电平1和0），只有设置为模拟输入才能读取IO口连续变化的的电压或电流数值。

应用说明：其优势在于可以传输连续变化的物理量，可以提供更加精细的信息。模拟输入通常应用于传感器等应用场合，可以提供高精度的测量和控制。

GPIO的4种输出模式：

GPIO_Mode

（模式）

 GPIO_Mode_OUT GPIO_Mode_OUT GPIO_Mode_AF GPIO_Mode_AF
GPIO_OType GPIO_OType_OD GPIO_OType_PP GPIO_OType_OD GPIO_OType_PP
输出模式 开漏输出 推挽输出 复用开漏输出 复用推挽输出

开漏输出：

CPU输出1（高电平）时，此时IO口的输出不受CPU输出的影响，而是取决于IO端口处于上拉还是下拉，若处于上拉IO口输出1（高电平），下拉输出0（低电平），同时IO口的输出状态还可以被CPU读取。

CPU输出0（低电平）时，此时IO口的输出由CPU输出决定，及IO口输出0（低电平），且不受IO口的上拉下拉影响，同时IO口的输出状态还可以被CPU读取。

应用说明：开漏输出不能直接输出高电平，能直接输出低电平，因此需要外部上拉电阻来确保输出高电平。常用于实现共享总线、电平转换或与其他开漏输出引脚连接的场景。通过连接一个上拉电阻，可以实现多个开漏输出引脚的共享，其中只有一个引脚处于拉低状态，其他引脚则处于高阻抗状态。这有助于减少冲突，实现多个设备之间的通信或协同工作。

开漏复用输出：

开漏复用输出与开漏输出的唯一区别在于输出信号的来源，开漏复用输出的信号来源于外设模块，开漏输出的信号来源于CPU。

推挽输出：

CPU输出1/0（高低电平）时，此时IO口的输出由CPU输出的信号决定，同时IO口的输出状态还可以被CPU读取。

CPU输出1（高电平）时，输出引脚被拉高至电源电压（相当于引脚上拉），输出高电平。

CPU输出0（低电平）时，输出引脚被拉低至地（相当于引脚下拉），输出低电平。

应用说明：推挽输出具有较强的驱动能力，可以直接驱动负载而无需外部元件。这种输出模式适用于驱动各种逻辑电路、外围设备或其他数字电路。

推挽复用输出：

推挽复用输出与推挽输出的唯一区别在于输出信号的来源，推挽复用输出的信号来源于外设模块，推挽输出的信号来源于CPU。

推挽输出与开漏输出不同之处：

推挽输出与开漏输出不同之处在于，推挽输出可以主动拉高和拉低输出信号（主动输出高低电平），而开漏输出只能拉低输出信号（只能输出低电平），需要外部上拉电阻才能拉高信号线（输出高电平）。推挽输出在实际应用中更为普遍，特别适用于需要直接输出高/低电平信号并具有较强驱动能力的场合。

4种输出速度：

速度 2MHZ, 25MHZ, 50MHZ,  100MH
GPIO_Speed GPIO_Low_Speed GPIO_Medium_Speed GPIO_Fast_Speed GPIO_High_Speed

控制GPIO的寄存器：

每组IO口含有10个寄存器。也就是10个寄存器共可以控制一组GPIO的16个IO口。

一个端口模式寄存器（GPIOx MODER)

一个端口输出类型寄存器(GPIOx_OTYPER)

一个端口输出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR)

一个端口上拉下拉寄存器（GPIOX_PUPDR)

一个端口输入数据寄存器（GPIOx_IDR)

一个端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR)

一个端口置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR)

一个端口配置锁存寄存器（GPIOx LCKR)

两个复位功能寄存器（低位GPIOx_AFRL & GPIOx_AFRH)

GPIO配置常用函数：

初始化函数：

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);

设置GPIO端口的各种属性，如模式、速度、上拉/下拉等。

2个读取输入电平函数：

uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

用于读取指定GPIO端口的输入电平，如PA0

uint8_t pinState = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_PIN_0); // 读取PA0引脚的状态
if(pinState == 1) {
    // 引脚为高电平状态
} else {
    // 引脚为低电平状态
}

uint16_t  GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);

同时读取多个引脚的输入电平，PA0-15

uint16_t inputData = GPIO_ReadInputData(GPIOA); // 读取GPIOA端口的输入数据
for(int i = 0; i < 16; i++) {
    if((inputData >> i) & 0x01) {
        // 第i引脚为高电平状态
    } else {
        // 第i引脚为低电平状态
    }
}

2个读取输出电平函数：

uint8_t  GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

用于读取指定的GPIO端口的输出电平，如读取PA0的输出电平

uint8_t status = GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_PIN_0); // 读取PA0引脚的状态

uint16_t  GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);

同时读取多个引脚的输出电平，如读取PA0-15的输出电平

uint16_t data = GPIO_ReadOutputData(GPIOA); // 读取GPIOA端口的整个输出数据

4个设置输出电平函数：

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

将指定引脚设置为高电平状态，如PA0

GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_PIN_0); // 将PA0引脚设置为高电平状态

void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

将指定引脚设置为低电平状态，如PA0

GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_PIN_0); // 将PA0引脚设置为低电平状态

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

可以直接将特定GPIO引脚的状态设置为指定的值，而无需预先设置引脚模式。

GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_PIN_0, Bit_SET); // 将PA0引脚设置为高电平状态

void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);

可以直接将整个GPIO端口的输出数据设置为指定的值，而无需逐个设置每个引脚的状态。

GPIO_Write(GPIOA, 0x00FF); // 设置GPIOA端口低8位引脚为高电平，高8位引脚为低电平

GPIO_SetBits和GPIO_WriteBit的区别：

GPIO_SetBits函数用于将指定引脚设置为高电平状态，相当于直接将引脚置为逻辑1。

GPIO_WriteBit函数则可以根据传入的BitAction BitVal参数来设置引脚的状态，既可以将引脚设置为高电平，也可以将引脚设置为低电平。

GPIO初始化配置：

void LED_Init(void)

{      

  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;//定义结构体类型的变量

  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE);//在stm32f4xx_rcc.h中调用时钟使能函数。

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 GPIO_Pin_10;//确定要初始化的IO口

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//配置IO口的模式输出和输入，模拟和复用

  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//配置输出类型：推挽或者开漏

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//设置输出速度

  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//配置IO为上拉或者下拉或者浮空

  GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);//在stm32f4xx_gpio.h中调用GPIO初始化函数


  GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10);//设置IO输出高电平

}

作者：peinCK

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