STM32 GPIO输入输出实战教程：江协经验分享，避免常见误区

江协stm32学习：3-1~3-4 GPIO输出、GPIO输入

一、GPIO简介

GPIO（General Purpose Input Output）通用输入输出口

引脚电平：0V~3.3V，部分引脚可容忍5V（可看上一篇博客中引脚定义部分，带FT的可以接5V stm32芯片命名规则、外设介绍——江协教程踩坑经验分享）

可配置为8种输入输出模式

输出模式下可控制端口输出高低电平，来驱动LED、控制蜂鸣器、模拟通信协议输出时序等（如果是功率比较大的设备再加入驱动电路即可）

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

二、GPIO的结构

1、基本结构

GPIO外设按照GPIOA、GPIOB等来命名，每个外设有16个引脚，编号0~15

每个GPIO模块中主要包含寄存器和驱动器。寄存器是一段特殊的存储器，内核可以通过APB2总线对寄存器进行读写，从而完成输出和读取电平的功能，寄存器的每一位对应一个引脚（所以只是用了低16位），输出/读取寄存器写1，对应引脚输出/读取高电平，写0则低电平。而驱动器用来增加信号的驱动能力

2、位结构

3、驱动器配置：输入、输出模式

1）输入模式

输入模式下，输出都是无效的。

上拉模式相当于默认高电平模式，下拉模式则是默认低电平模式，不接属于浮空输入，极易受到外界环境影响。由于浮空输入的电平是不确定的，所以使用浮空输入的时候，端口一定要接上一个连续的驱动源，不能出现悬空的状态。

而模拟输入的特征是GPIO无效，引脚直接接入内部ADC。是ADC模数转换器的专属配置。

2）输出模式

输出模式下，输入仍然有效。

推挽输出模式下，P-MOS和N-MOS均有效，数据寄存器为1时，上管导通，下管断开，输出直接接到VDD，就是输出高电平；为0时，反之。这种模式下，高低电平均有较强的驱动能力，所以也叫强推输出模式。在此模式下，STM32对IO口具有绝对的控制权

在开漏模式下，P-MOS无效，只有N-MOS在工作。数据寄存器为1时，下管断开，输出相当于断开，也就是高阻模式；数据寄存器为0时，下管导通，输出直接接到VSS，也就是输出低电平。这种模式下，低电平有驱动能力，高电平无。可以作为通信协议的驱动方式，在多机通信的情况下，可以避免多个设备的相互干扰；还可以用于输出5V的电平信号。

复用的输出引脚电平是由片上外设控制。

关闭状态，是当引脚配置为输入模式时，两MOS管均无效，也就是输出关闭，端口的电平由外部信号控制。

（想要详细了解每个模式对应的电路，可以从19：42开始看，到23：18 江协 3-1GPIO）

4、GPIO寄存器配置

1）端口配置寄存器

每个端口模式需要4位进行配置，16个端口就需要64位，所以这里的配置寄存器有两个。一个是端口配置低寄存器，一个是端口配置高寄存器。

GPIO的输出速度可以限制输出引脚的最大翻转速度，为了低功耗的稳定性的，一般设置为50MHz

2）端口输入寄存器和端口输出寄存器

低16位对应16个引脚，高16位没有使用

3）端口位设置/清除寄存器

高16位进行位清除，低16位进行位设置，写1：设置或者清除；0：不影响

4）端口位清除寄存器

低16位进行位清除。存在的意义是方便操作，如果只想单一的进行设置或者位清除，那么位设置时使用3），位清除时使用4）。对多个的话，用3），可以保证同步性

5）端口配置锁定寄存器

对端口的配置进行锁定，防止意外更改。

 三、GPIO初始化

1、操作STM32的GPIO的三个步骤

1、使用RCC开启GPIO的时钟 （RCC使能时钟）
2、使用GPIO_Init函数初始化GPIO
3、使用输出或者输入的函数控制GPIO口

一共涉及RCC和GPIO两个外设

2、RCC库函数介绍（使能时钟）

library->rcc.h，在h文件的最下面时库函数所有函数的声明

常用的有三种：第一个参数是选择哪个外设。第二个参数是使能enabled或失能disable。

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);

//第一个参数是选择哪个外设。第二个参数是使能enabled或失能disable。

void RCC_AHBPeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHBPeriph, FunctionalState NewState);//RCC AHB外设时钟控制
void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);//RCC APB2外设时钟控制
void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState);//RCC APB1外设时钟控制

3、GPIO库函数介绍——初始化函数

（输入输出函数在后续输入输出部分分开写）

void GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef* GPIOx);    //将指定的GPIO端口恢复到默认状态。

void GPIO_AFIODeInit(void);    //将AFIO复位到默认状态。

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);    //非常重要，是使用结构体的参数来初始化GPIO口    //一般我们初始化外设都是使用init函数

void GPIO_StructInit(GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);    //给GPIO初始化结构体赋一个默认值

※结构体配置 GPIO_InitTypeDef

Mode: 指定GPIO的工作模式（如输入、输出、复用功能等）。

Speed: 指定输出速度（仅适用于输出模式）。

Pull: 指定是否启用内部上拉或下拉电阻。

Alternate: 指定复用功能编号（仅适用于复用功能模式）。

Pin: 指定要配置的引脚。

模式宏定义	描述	备注
GPIO_MODE_INPUT	输入模式	用于接收来自外部的信号
GPIO_MODE_OUTPUT_PP	推挽输出模式	用于输出信号，能够驱动较高或较低的电平
GPIO_MODE_OUTPUT_OD	开漏输出模式	用于输出信号，需要外接上拉电阻
GPIO_MODE_AF_PP	复用功能推挽输出模式	用于复用功能（如I2C、USART等）的推挽输出
GPIO_MODE_AF_OD	复用功能开漏输出模式	用于复用功能（如I2C、USART等）的开漏输出
GPIO_MODE_ANALOG	模拟模式	引脚配置为模拟输入，用于ADC等模拟外设
GPIO_MODE_IT_RISING	上升沿触发中断输入模式	输入信号的上升沿触发中断
GPIO_MODE_IT_FALLING	下降沿触发中断输入模式	输入信号的下降沿触发中断
GPIO_MODE_IT_BOTH_EDGE	双边沿触发中断输入模式	输入信号的上升沿和下降沿都触发中断

#include "stm32f10x.h"  // Device header

int main(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    //GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;//可以同时初始化多个引脚
    //GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_ALL;//初始化所有引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure)

    while (1)
    {
    }
}

四、GPIO输出

1、硬件电路（LED灯和蜂鸣器为例）

对于功率较低的，可以使用左侧的两种电路。又由于很多单片机或者芯片都使用了高电平弱驱动，低电平强驱动的规则，这样可以一定程度上避免高低电平打架。所以通常会使用。左上的电路。这样在输出低电平的时候电路可以工作，是强驱动。

对于功率稍微大一点的，直接用IO口驱动会导致stm32负担过重，这时可以使用一个三极管驱动电路（最简单的驱动电路）来完成驱动的任务。图中右侧上方是PNP电路，下方是NPN。

浅谈单片机的GPIO外部驱动电路（三极管驱动电路）这一篇文我觉得讲的挺好，简单的电路和驱动电路都有，而且讲解了设计思路，告诉你了为什么这样设计，我觉得初学者也可以看。

2、写入函数（GPIO输出）

//第一个参数是端口类型GPIOA、GPIOB等，第二个是要设置的引脚编号

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);    //将指定的端口设置为高电平

void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);   //将指定的端口设置为低电平

//第一个参数是端口类型GPIOA、GPIOB等，第二个是要设置的引脚编号，第三个是引脚输出值，使用Bit_SET表示高电平，Bit_RESET表示低电平，如果想使用0、1来表示低电平和高电平，需要加上强制类型转换

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

GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, Bit_SET); // 将GPIOA的第5引脚设置为高电平
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, Bit_RESET); // 将GPIOA的第5引脚设置为低电平

//如果想使用0、1来表示低电平和高电平，需要加上强制类型转换
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)0);
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)1);

//第一个参数是端口类型GPIOA、GPIOB等，第二个是指定要写入的端口值，每个位对应一个引脚的输出值（0表示低电平，1表示高电平）。

void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);  //同时对16个端口进行写入操作

GPIO_Write(GPIOA, 0x00FF); // 将GPIOA的低8位设置为高电平，高8位保持不变

五、GPIO输入

1、硬件电路（按键和传感器为例）

​

对于按键电路，一般使用上两种，也就是下接的方式，这是电路设计的习惯与规范。

左上和左下的都需要配置上拉/下拉模式，以免出现悬空状态；右边两个随意，其实就是把stm32内部的上拉、下拉电阻移在了外面。

上面两种接法，按键按下时引脚时低电平，松手是高电平；下面两种接法，按键按下时引脚是高电平，松手是低电平。

2、读取函数（GPIO输入）

1）读取输入寄存器

//第一个参数指定外设，第二个参数指定引脚

uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);   //用来读取输入数据寄存器某个端口的输入值

uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);   //读取整个输入寄存器//返回一个16位的数据，每一位代表一个端口值

2）读取输出寄存器

uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);   //用来读取输出数据寄存器某个端口的输入值，所以严格来说它不属于读取输入，而是在输出的时候看看自己在输出啥，方便检查的

uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);   //读取整个输出寄存器

六、模块化封装

一般来说，对于这种驱动代码而言，我们一般都会把它封装起来，方便管理和移植。.c用来存放驱动程序的主体代码，.h用来存放这个驱动程序可以对外提供的函数或变量的声明

1、h文件

h文件的格式很固定，indef+define+endif

#ifndef __LED_H：检查__LED_H这个宏是否未被定义。如果__LED_H未被定义，那么编译器会执行#ifndef和#endif之间的代码。

#define __LED_H：定义一个名为__LED_H的宏，这个宏定义的作用是标记这个头文件已经被包含过，防止后续代码再次包含这个头文件。

#endif：“结束条件编译”（End If）的指令，表示#ifndef块的结束。

#ifndef和#endif之间的代码：c文件中定义的函数的声明，表明它可以被外部引用。后加分号。

#ifndef __LED_H
#define __LED_H

void led_init(void);
void led_on(void);
void led_off(void);

#endif

2、c文件

首先引入stm32fx10x.h头文件

然后开始写驱动程序的函数，初始化可以全部放在一个函数里面，这样之后主程序只需要调用一个函数就可以完成全部初始化

#include "stm32f10x.h"  // Device header

void LED_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

void LED_On(void)
{
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2);  // 将引脚1和2设置为高电平，点亮LED
}

void LED_Off(void)
{
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2);  // 将引脚1和2设置为低电平，熄灭LED
}

作者：白鱼不小白