STM32学习笔记------GPIO介绍

STM32F4xxGPIO(通用输入输出)模块是控制器与外设通信的基础模块之一,在嵌入式系统开发中起着至关重要的作用。STM32F4 系列微控制器提供丰富的 GPIO 功能,可以实现多种工作模式,如输入、输出、复用、模拟等。这里我们用标准库(STM32F4xx Standard Peripheral Library)来详细介绍 GPIO 的配置和使用。

1. GPIO 的主要功能和模式

STM32F4xx 的 GPIO 引脚可以配置成以下几种主要模式:

  1. 输入模式(Input Mode):用于读取引脚的状态(高/低)。
  2. 输出模式(Output Mode):用于设置引脚状态(高/低)。
  3. 复用模式(Alternate Function Mode) :用于将引脚连接到芯片内的其他外设(如 USART, SPI, I2C 等)。
  4. 模拟模式(Analog Mode):用于模拟信号输入,比如 ADC 的输入。

此外,GPIO 引脚还支持以下几种输入/输出模式的配置:

  • 上拉(Pull-up)
  • 下拉(Pull-down)
  • 开漏输出(Open-drain)
  • 推挽输出(Push-pull)

2. GPIO 的配置流程

使用标准库配置 GPIO 通常涉及以下几个步骤:

1. 启用 GPIO 时钟

STM32F4xxGPIO 外设都连接在 APB(Advanced Peripheral Bus)总线上,因此在使用之前需要先启用对应的 GPIO 时钟。

cpp 复制代码
#include "stm32f4xx.h"

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); // 启用 GPIOA 时钟

上例中,我们使用 RCC_AHB1PeriphClockCmd 函数来启用 GPIOA 的时钟。

2. 配置 GPIO 引脚参数

标准库中,使用 GPIO_InitTypeDef 结构体来设置引脚的各项配置参数。下面是 GPIO_InitTypeDef 结构体的主要成员:

cpp 复制代码
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;              // 指定引脚(GPIOA的0号引脚)
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;           // 设置模式为输出
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;          // 推挽输出
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;        // 无上拉/下拉
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       // 引脚速度
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);                  // 应用配置
3. 配置 GPIO 模式

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode 是用于设置 GPIO 引脚模式的参数,可以选择以下几种模式:

  • GPIO_Mode_IN:输入模式
  • GPIO_Mode_OUT:输出模式
  • GPIO_Mode_AF:复用模式
  • GPIO_Mode_AN:模拟模式
4. 配置 GPIO 输出类型

GPIO_InitStruct.GPIO_OType 用于设置输出类型,有两种类型:

  • GPIO_OType_PP:推挽输出(Push-Pull)
  • GPIO_OType_OD:开漏输出(Open-Drain)
5. 配置 GPIO 上拉/下拉电阻

GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd 设置引脚的上拉或下拉电阻:

  • GPIO_PuPd_NOPULL:不使用上拉/下拉
  • GPIO_PuPd_UP:上拉
  • GPIO_PuPd_DOWN:下拉
6. 配置 GPIO 速度

GPIO_InitStruct.GPIO_Speed 用于设置 GPIO 引脚的速度。不同速度会影响引脚上信号的上升和下降时间,有以下几种选择:

  • GPIO_Speed_2MHz
  • GPIO_Speed_25MHz
  • GPIO_Speed_50MHz
  • GPIO_Speed_100MHz

3. 具体例子

下面是一个完整的例子,设置 GPIOA 的 0 号引脚为推挽输出模式,并在代码中设置引脚高低电平。

cpp 复制代码
#include "stm32f4xx.h"

void GPIO_Config(void) {
    // 1. 启用 GPIOA 时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 2. 配置 GPIOA 0号引脚
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;              // 引脚0
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;           // 输出模式
    GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;          // 推挽输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;        // 无上拉/下拉
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       // 速度50MHz
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);                  // 应用配置
}

int main(void) {
    GPIO_Config(); // 配置 GPIO

    while (1) {
        // 设置 GPIOA 引脚 0 为高电平
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
        for (volatile int i = 0; i < 100000; i++); // 简单延时

        // 设置 GPIOA 引脚 0 为低电平
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
        for (volatile int i = 0; i < 100000; i++); // 简单延时
    }
}

4. GPIO 标准库常用函数

  • GPIO_SetBits(GPIOx, GPIO_Pin) :将 GPIOxGPIO_Pin 引脚设置为高电平。
  • GPIO_ResetBits(GPIOx, GPIO_Pin) :将 GPIOxGPIO_Pin 引脚设置为低电平。
  • GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin) :读取 GPIOxGPIO_Pin 引脚输入状态。
  • GPIO_ToggleBits(GPIOx, GPIO_Pin) :切换 GPIOxGPIO_Pin 引脚状态(高电平变低电平,低电平变高电平)。

总结

以上是使用 STM32F4xx 标准外设库配置和使用 GPIO 的基本流程。通过理解 GPIO_InitTypeDef 结构体的各项配置以及常用的 GPIO 操作函数,可以轻松实现 STM32F4 系列微控制器的 GPIO 控制。

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