STM32基础篇：GPIO

GPIO简介

GPIO：即General Purpose Input/Output，通用目的输入/输出。就是一种片上外设（内部模块）。

对于STM32的芯片来说，周围有一圈引脚，有时需要对引脚进行读写（读：从外部输入一个信号，连接到IO引脚上，我们去读取输入电平；写：通过IO引脚向外输出电平），但CPU本身不能直接读写IO引脚，它必须通过GPIO帮它去执行这个功能。

每一组IO引脚对应一个GPIO，例如：PA0~15，对应GPIOA；PB0~15，对应GPIOB。

GPIO的寄存器组

配置寄存器GPIOx_CR

功能：用来设置IO引脚的参数，共16份，每一份（4个比特位）用来设置单个IO引脚的参数。

 比如CR0这4个比特位，它负责设置Px0这个引脚的参数（x=A、B、...G）。

输入数据寄存器GPIOx_IDR

这个寄存器共有16个比特位，即对应了一组GPIO的16个引脚。

功能：读取外部输入电平。

例如：IDR0比特位对应Px0引脚，负责读取这个引脚上外部输入信号的电平。如果IDR0为0，则外部输入为低电平；如果IDR0为1，则外部输入为高电平。所以我们可以通过读取输入数据寄存器的值，来判断外部输入信号的电平。

输出数据寄存器GPIOx_ODR

功能：控制IO引脚输出电平

同样是一个16位寄存器，每一位对应一个IO引脚。例如ODR0对应Px0引脚，我们向ODR0写入一个0，则Px0引脚输出一个低电平。我们通过向这个输入数据寄存器写入一个值，来控制IO引脚的输出电平。

GPIO的8种工作模式

为什么会有8种工作模式

STM32的功能比较复杂，需要芯片周围这一圈的IO引脚能够适应不同的工作场景。为了适应不同的工作场景，IO引脚就需要不同工作方式。

对于同一个IO引脚，它既可以作为输入，也可以作为输出；既可以是通用，也可以是复用。从不同角度组合后，具体8个模式如下：

工作模式分类分析

分类标准1：输入与输出；

分类标准2：通用与复用；

分类标准3：推挽与输出；

分类标准4：上拉、下拉和浮空；

分类标准1：输入与输出

输入：通过IO引脚读取外部输入电平的高低；

输出：通过IO引脚向外输出高低电平

分类标准2：通用与复用

通用：CPU直接控制GPIO进行编程；

复用：CPU通过其他的片上外设，去间接控制GPIO引脚的输出；

对于输入模式没有通用和复用之分，对于CPU和片上外设，它们读取GPIO的输入值的时候，多个对象之间同时读取也不会产生干扰。

分类标准3：推挽和开漏

对于开漏：PMOS管始终断开（可去掉），当输入为1时，为高阻态；输入为0时，为低电平。

分类标准4：上拉、下拉和浮空

针对输入模式，分为上拉、下拉和浮空三种模式。对于IO引脚而言，工作在输入模式下的时候，相当于测量外部电压，所以其内阻为无穷大。

对于某个引脚，当外部为高电平时引脚为高电平，外部为低电平时引脚为低电平。但当外部输入信号断开后，此时IO引脚悬空，会在空间中接收电磁波，IO引脚上的信号会随着电磁波抖动，制造一些杂乱无章的信号。此时为输入浮空模式。

因此，我们可以给IO引脚添加上拉电阻或者加一个下拉电阻。（当IO引脚悬空的时候，给一个默认的电平）

模拟模式

对于C8T6芯片，内部有一个ADC模块，此模块会采集外部的输入信号（通过IO口）。ADC模块有10个通道，故需要10个引脚进行采集。当我们使用ADC的时候，就需要将对应的IO引脚来设置成模拟模式。

IO的最大输出速度

最大输出速度：IO允许输出电平的最大切换频率。（仅对于输出模式）

IO引脚的切换频率不能无限大，因为IO引脚的最大切换速度受限于引脚的电平切换的上升时间和下降时间，以及有效输出时间。

对于STM32，其IO引脚最大输出速度有3档可选，考虑功耗，实际应用通常选取能满足要求的最小值。如下所示：

附GPIO内部结构图：

GPIO的标准库编程接口

初始化

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef*GPIOx,GPIO_TypeDef*GPIO_InitStruct)
//用于IO引脚的初始化

此函数用于IO引脚的初始化，实际上就是配置CR寄存器里的比特位。

读IDR

UINT8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t GPIO_Pin)
//读取IDR的一个比特位
UINT8_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef*GPIOx)
//读取整个IDR寄存器

读ODR

UINT8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t GPIO_Pin)
//读取ODR的一个比特位
UINT8_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef*GPIOx)
//读取整个ODR寄存器

写ODR

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t GPIO_Pin)
//将ODR的某一位置1
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t GPIO_Pin)
//将ODR的某一位置0
void GPIO_WriteBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t GPIO_Pin,BitAction BitVal)
//将ODR的某个比特位写0或写1
void GPIO_Write(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_t PortVal)
//写ODR寄存器