文件第7章stm32外设之gpio

9个GPIO，140个引脚GPIO

A：PA0GPIO

B：PB0GPIO

C：PC0PA15PB15PC15GPIO

D：PD0

~PD15GPIO

E：PE0GPIO

F：PF0~PE15~

PF15GPIO

G：PG0

~

PG15GPIO

H：PH0

~

PH15GPIO

I

：PI0

~

PI11GPIO最简单的功能是输出高低电平，

GPIO还可以被设置为输入功能，用于读取外部输入信号，比如按键、开关等信号。很多高级外设也有功能引脚，并且是与GPIO共用的，具体引脚功能可以通过软件编程设置对应的寄存器内容实现的。图中最右边的“I/O引脚”就是芯片实物的引脚，

焊接时用到。保护二极

管用于防止因为引脚外

部输入电压过高或过低

烧坏芯片，虽然有保护

作用，但这种保护也是

有限的，大电流大电压

还是很容易烧毁芯片的，这要求实际应用中我们

要注意保护芯片，必要

时设计引脚保护电路。图中上半部分属于引脚

输入功能，通过一个电

阻和一个开关(可以通过寄存器控制开关状态)可以把输入线拉高或者拉

低，这个电阻阻值大概

为4.7K~10K欧。做为普

通的输入引脚，I/O引脚的电平通过触发器后保

存在输入数据寄存器内。图中上半部分属于引脚输入功能，通过一个电阻和一个开关(可以通过寄存器控制开关状态)可以把输入线拉高或者拉低，这个电阻阻值大概为40K欧。做为普通的输入引脚，I/O引脚的电平通过触发器后保存在输入数据寄存器内。图中下半部分是引脚输出功能，通过一个

PMOS管和一个NMOS管组合而成一个反相器驱动输出。对于普通的引脚电平控制，根据需要设置置位或者复位寄存器的值，这两个寄存器的值会改变输出数据寄存器值，通过输出控制电路驱动反相器从而改变引脚的状态。每个GPIO包括10个寄存器来配置GPIO的具体功能（每个引脚功能都是完全可以独立配置，互不影响）：GPIOx_MODER：GPIOx_OTYPER

：GPIO

端口模式寄存器GPIO

端口输出类型寄存器GPIOx_OSPEEDR

：GPIO

端口输出速度寄存器GPIOx_PUPDR

：GPIOx_IDR

：GPIOx_ODR

：GPIOx_BSRR

：GPIOx_LCKR

：GPIOx_AFRL

：GPIOx_AFRH

：GPIO

端口上拉/下拉寄存器GPIO

端口输入数据GPIO

端口输出数据寄存器

GPIO

端口置位/复位寄存器

GPIO

端口配置锁定寄存器

GPIO

复用功能低位寄存器

GPIO

复用功能高位寄存器为实现不同工作条件要求，GPIO有8种工作模式：模式配置模式寄存器MODER位[0:1]输出类型寄存器OTYPER位输出速度寄存器OSPEEDER位上/下拉寄存器PUPDR位[0:1]输入浮空00不使用不使用00输入上拉0001输入下拉0010模拟功能1100开漏通用输出01100-速度2MHz01-速度25MHz速度50MHz速度100MHz00-无上下拉01-上拉下拉保留推挽通用输出010复用推挽输出100复用开漏输出1011.

当GPIOx_MODER模式寄存器位[1:0]设置为00，上/下拉寄存器PUPDR[1:0]位设置为00时2.

STM32复位之后默认模式I/O引脚信号接入到施密特触发器的输入端，在每来一个AHB1(168MHz)时钟脉冲就把输入端的信号传输到触发器的输出端，施密特触发器的输出端又是与输入数据寄存器(GPIOx_IDR)连通的，所以该数据就保存在输入数据寄存器内，寄存器本身就是一个存储单元(起到缓冲区效果)，所以输入数据寄存器保存着I/O引脚电平。另外，CPU随时都可以读取寄存器数据，从而得知当前引脚状态。1.

在浮空输入模式基础上使能输入电路中的上拉开关2.

上拉开关由上/下拉寄存器PUPDR[0:1]设置为01来使能。1.

在浮空输入模式基础上使能输入电路中的下拉开关2.

下拉开关由上/下拉寄存器PUPDR[0:1]设置为10来使能。1.

当STM32需要进行ADC或DAC转换时，需要把引脚设置为模拟输入模式2.

该模式需要配合ADC或DAC外设使用，否则没有意义。通用输出模式就是做为普通用途的输出模式，比如简单地控制引脚输出高低电平。GPIO的输出是由一个PMOS管和一个NMOS管组合形成的反相器驱动。1.

开漏电路概念中的“漏”是指MOS管的漏极(D)，实际只是利用到NMOS管，PMOS管在开漏模式下是没有用到的2.

设置输出高电平时引脚实际是高组态目的：控制I/O引脚开漏输出高电平。STM32实际流程：CPU把端口位设置/清除寄存器(GPIOx_BSRR)引脚对应外设置为1，然后驱动端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR)对应位为1，实际上也可以让CPU直接往GPIOx_ODR寄存器引脚对应位写入1。GPIOx_ODR寄存器通过一个选择电路(与复用功能输出做选择)后输入到输出控制电路，经过输出控制电路后在NMOS控制线输出低电平，这时NMOS管截止(PMOS管不被激活)，引脚呈高阻状态，不会有电流流动。目的：控制I/O引脚开漏输出低电平。STM32实际流程：CPU把端口位设置/清除寄存器(GPIOx_BSRR)对应引脚位复位置为1，然后驱动输出数据寄存器(GPIOx_ODR)对应位为0，实际上也可以让CPU直接望GPIOx_ODR寄存器引脚对应位写入0。GPIOx_ODR寄存器通过一个选择电路(与复用功能输出做选择)后输入到输出控制电路，经过输出控制电路后在NMOS控制线输出高电平，这时NMOS管导通(PMOS管不被激活)，引脚呈低电平状态，允许有电流从引脚流入。另外，整个过程施密特触发输入是被被激活的，出现在I/O脚上的数据在每个AHB1时钟被采样到输入数据寄存器，对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态。1.

推挽输出把PMOS管和NMOS管都用上2.

设置输出高电平时引脚实际是有电流从引脚流出一个I/O引脚可以做为普通的IO接口，还可以做为其他外设的特殊功能引脚，有些引脚可能有4、5种不同功能，这种现象就叫做复用。引脚复用为特殊功能引脚，那引脚状态就由该外设决定。开漏模式就是在推挽模式下减少P-MOS管的使用。当PH9、PE5和PE6引脚输出高电平时对应的LED灯亮，低电平时LED灯灭。毫无疑问，编程时PH9、PE5和PE6引脚要设置为普通输出模式，不是复用输出模式、更不可能是输入模式，那需要开漏输出、还是推挽输出、还是开漏或推挽都可以呢？显

然，为使得LED灯亮，PH9、PE5和PE6引脚需要输出高电平，并且需要输出电流，显然就需要设置为推挽输出模式，因为如果为开漏模式，回流中不会有电流，没有电流LED灯当

然不会亮了。虽然CubeMX软件确实给我们提供很大的便利，但很多新手都不知道它大概能提供到什么程度。简单一句概括：提供外设初始化配置，不提供应用程序。CubeMX软件就是提供PH9、PE5和PE6三个引脚的初始化配置，我们刚好配置它们输出高电平，所以灯就亮了。至于要让LED灯闪烁就属于用户应用程序了，就需要我们自己实现了。因为CubeMX软件生成的代码注释部分全部是英文，结构也是比较繁琐，考虑到大部分初学者方便，我们会对Keil

V5和IAR工程结构和内容进行对应的改动，使得更容易理解至少注释是中文的。这里我们新建了一个名为“bsp”的组件，专门用来存放YS-F4Pro开发板板载外设的驱动文件，比如图中的bsp_led.c就是开发板上3个LED的驱动实现，并实现了简单的控制函数方便使用。类似bsp_led.c、bsp_led.h、bsp_usart.c、bsp_usart.h等等文件都是我们自己创建的，与STM32CubeMX软件生成的gpio.c、gpio.h、usart.c、usart.h等等文件是存在差别的，我们的驱动文件是以开发板模块功能为基础的，CubeMX软件是以外设分类的，所以我们的驱动文件实际上是在CubeMX软件生成的*.c和*.h文件基础上再次编辑而成的，我们的驱动文件好处就是新工程程序移植非常方便。HAL库为每个外设(GPIO除外)创建了两个结构体，一个是外设初始化结构体，一个是外设句柄结构体，其中GPIO没有句柄结构体。这两个结构体都是定义在外设对应的驱动头文件中，比如

stm32f4xx_hal_usart.h文件。初始化结构一般是做为句柄结构体的一个成员通过指针被引用，而句柄结构体则在外设HAL函数库实现被使用，比如在stm32f4xx_hal_usart.c文件。这两个结构体内容几乎包括了外设的所有可选属性，理解这两个结构体内容对我们编程非常有帮助。

Pin：引脚编号选择，一个GPIO外设有16个引脚可选，这里根据电路原理图选择目标引脚，参数可选：GPIO_PIN_0

、…、GPIO_PIN_15

和GPIO_PIN_ALL

。很多时候我们可以使用或运算选择多个：

GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_4。Mode：引脚工作模式选择，前面内容介绍了引脚有八种基本工作模式，选择结合到具体的外设可以有12种模式可选引脚工作模式功能说明GPIO_MODE_INPUT浮空输入模式GPIO_MODE_OUTPUT_PP推挽输出模式GPIO_MODE_OUTPUT_OD开漏输出模式GPIO_MODE_AF_PP推挽复用功能输出模式GPIO_MODE_AF_OD开漏复用功能输出模式GPIO_MODE_ANALOG模拟输入模式GPIO_MODE_IT_RISING外部中断模式：上升沿触发GPIO_MODE_IT_FALLING外部中断模式：下降沿触发GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING外部中断模式：上升沿和下降沿都触发GPIO_MODE_EVT_RISING外部事件模式：上升沿触发GPIO_MODE_EVT_FALLING外部事件模式：下降沿触发GPIO_MODE_EVT_RISING_FALLING外部事件模式：上升沿和下降沿都触发Pull：上拉或者下拉选择，用于输入模式，可选：GPIO_NOPULL：不上下来；

GPIO_PULLUP

：使能上拉；

GPIO_PULLDOWN：使能下拉。Speed

：引脚最大输出速度，可选：

GPIO_SPEED_FREQ_LOW：低速(2MHz)；中速(10MHz)

；快速(50MHz)

；高速(100MHz)。Alternate：引脚复用功能的选择。具体看“s