GPIO简介
-
GPIO（General Purpose Input Output）通用输入输出口，可配置为8种输入输出模式
-
引脚电平：0V~3.3V，部分引脚可容忍5V【容忍5V意思是可以在这个端口输入5V，但是输出只有3.3V，因为输入电压只有3.3V，哪些可以输入5V看前面的表】
-
输出模式下可控制端口输出高低电平，用以驱动LED、控制蜂鸣器、模拟通信协议输出时序等
-
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【光敏电阻模块等】、ADC电压采集、模拟通信协议接收数据等
GPIO基本结构
APB2外设总线，STM32所有的IO都挂载在APB2总线上，见下图
其中，GPIO外设的名称是按照GPIOA、GPIOB、GPIOC来命名的
每个GPIO有16个引脚（PB0-PB15为例，编号为0 - 15）
STM32因为是32位机，其内部的寄存器都是32位的，寄存器的每一位对应一个引脚，但是端口只有16位，所以端口寄存器只有低16位有数值，高16位无效
每个GPIO模块，主要包含了寄存器和驱动器这些东西
寄存器 ：内核可以通过APB2总线对寄存器进行读写
其中：
输出寄存器写1，对应的引脚就会输出高电平；写0，对应的引脚就会输出低电平；
输入寄存器读取为1，就证明对应的端口目前是高电平，读取为0，说明目前的端口为低电平
驱动器：增大驱动能力，寄存器只负责存储数据
如果需要进行点灯这要的操作的话，还是需要驱动器来增大驱动能力
GPIO位结构
自左到右分别是：
寄存器、驱动器、IO引脚
上面为输入部分、下面是输出部分
输入部分：
1、IO引脚接的保护二极管的用途【两个二极管】：对输入电压进行限幅
当输入电压超过VDD的时候，上面的二极管导通，电流会流入VDD，而不会流入IO口内部结构；
当输入电压小于VSS的时候，也就是负电压，电流会通过VSS来提供，而不会向IO口内部汲取电流。
此结构作用为保护内部结构，如果输入电压在0-3.3之间，那么2个二极管都不会导通，对电路就没有影响
VDD为3.3V，防止过高与负电压的电压对内部电路造成损坏【容忍5V的保护二极管，上面要改成5V，不然会触发保护，在后面会提到】
2、上面的开关电路：用于配置 上拉 / 下拉 输入模式
给输入一个固定的数值，避免浮空，这里的电阻阻值很大，尽量不影响电路工作，是一种弱上拉/下拉）
开关可以由软件控制，上面导通就是上拉，下面导通就是下拉，都断开就是浮空输入。
3、施密特触发器（这里错写成了肖特基）作用：
对输入电压进行整形，当
输入大于高限电压的时候，就瞬间输出高电平；
输入小于低限电压的时候，就瞬间输出低电平【对输入信号进行整形】。
模拟输入： ADC端口使用，因为ADC需要接收模拟量，所以不用经过施密特触发器整形
复用功能输入： 接到其他外设，例如串口接收等，这根线接收数字量，所以在施密特触发器后面
输出部分：
输出部分可以由输出数据寄存器或者片上外设控制，通过数据选择器，进入输出控制部分；
如果选择输出数据寄存器进行输出，那么就是普通的IO口输出，写这个数据寄存器的某一位就可以操作对应的某一个端口了
左边的位设置 / 清除寄存器：
用于控制某一个单独的端口，而不影响其他端口。
因为这个输出数据寄存器同时控制16个端口，并且这个寄存器只能整体读写，所以如果想单独控制某一个端口而不影响其他端口的话，需要一些特殊的操作方式：【库函数中用的是第二种方式】
1、先读出这个寄存器，然后按位与和按位或的方式更改某一位，最后再把修改过的数写回去，就是&=和|=，这个方法比较麻烦，效率不高
2、设置位设置/清除寄存器，如果我们要对某一位进行置1的操作，在位设置寄存器里面对应位写1就行，剩下不需要操作的位写0，这样它内部就会有电路，自动将输出数据寄存器中对应位写1，而剩下的位数据不变，这样就做到了，只操作某一位而不影响其他位，并且是一步到位的操作
如果想对某一位进行清0的操作，就在位清除寄存器的对应位写1即可，这样内部电路就会自动把那一位清0
3、读写STM32中的位带（良子？大胃袋？）区域，这个位带的作用和51中的位寻址差不多，在STM32中，专门分配了有一段地址区域，这段地址区域映射了RAM和外设寄存器的所有位，读写这段地址中的数据，就是读写所映射的某一位【就是直接操作内存了】
输出控制：
我们的输出信号来控制开关的导通和关闭，开关负责将IO口接到VDD或者VSS，这里可以选择推挽、开漏、关闭三种输出模式
1、推挽：P-MOS与N-MOS均有效，数据寄存器为1，上管导通，IO口接到VDD；为0，下管导通，IO口接到VSS，高低电平都有驱动能力【也叫强推模式，高低电平都由STM32控制】
2、开漏：P-MOS无效【接到VDD的MOS管无效】，数据寄存器为1，下管上管都断开，这个时候相当于输出直接断开，也就是高阻模式；这种模式仅低电平有驱动能力，数据寄存器为0，IO接到VSS，正常。
可以用作通信协议中使用【IIC】，也可以做输出5V的操作，外部接一个上拉电阻到5V即可【外部的上拉电阻阻值要大一些，不然内部VSS拉不下来】
3、关闭：两个MOS管都无效，端口电平由外部控制
GPIO的8种工作模式：
通过配置GPIO的端口配置寄存器，上面说的位结构的电路就会根据我们的配置而进行改变
【比如开关的通断、NMOS和PMOS是否有效、数据选择器的选择等等】
端口可以配置成一下8种模式：
1、【数字输入】【区别就是上拉电阻和下拉电阻的连接】
- （1）浮空输入：
数字输入可读取引脚电平，若引脚悬空，则电平不确定【端口不可以浮空，需要连接一个连续的输出源】【比如红外就可以浮空输入，几乎没关系】 - （2）上拉输入：
数字输入可读取引脚电平，内部连接上拉电阻，悬空时默认高电平 - （3）下拉输入：
数字输入可读取引脚电平，内部连接下拉电阻，悬空时默认低电平
2、【模拟输入：从引脚直接接入片上外设】【只有这个模式数字输入是无效的】
- （4）模拟输入：
模拟输入GPIO无效，引脚直接接入内部ADC
【输出断开，施密特触发器不工作，从引脚直接接入片上外设】
3、【数字输出口，开漏的高电平为高阻态，无驱动能力；推挽高电平有驱动能力】
- （5）开漏输出：
数字输出可输出引脚电平，高电平为高阻态，低电平接VSS - （6）推挽输出：
数字输出可输出引脚电平，高电平接VDD，低电平接VSS
4、【复用的输出，引脚电平由外设控制而不是输出控制寄存器，如串口】
- （7）复用开漏输出：
数字输出由片上外设控制，高电平为高阻态，低电平接VSS - （8）复用推挽输出：
数字输出由片上外设控制，高电平接VDD，低电平接VSS
GPIO寄存器描述
【不缩写就是：GPIOA_CRL、GPIOA_CRH、GPIOB_CRL、GPIOB_CRH...】
可以看出来，一个端口的状态，由4bit来配置，分别是CNFx [ 1 : 0 ]、MODEx [ 1 : 0 ]
前面的用来配置输入输出模式，后者用来配置输出速度
【IO口翻转速度，低功耗稳定性用的多，一般50MHZ即可】
由于一个GPIO有16个引脚，一个引脚用4bit，那么一共要64bit，所以，一个端口配置寄存器分为低和高两个
输入寄存器：可以读取IO口上的电平，只有低16位，高16位没有
高16位肯定没有，因为一个GPIO只有16个脚位
输出寄存器：直接控制输出的，高16位没有
【就是前面说的只支持所有位一起写的那个，不支持位操作的那个】
端口位设置 / 清除寄存器：用来做单个位设置的，高16位是位清除【写0】，低16位是位设置【写1】
【但是他的使用方法都是，把需要写0/1的IO口对应的bit，给写上1，其他不变的写0】
【有一个小疑问？如果给一个IO口同时给清除和设置，那会怎么样？，交给3刷去做】
端口位清除寄存器：这个寄存器和上面那个寄存器高16位的功能是一样的，为什么要有这个寄存器嘞？是为了方便操作用的，如果只是想单一的位设置/位清除，那么就用上一个寄存器的低16位，和这一个寄存器就可以了
端口锁定寄存器：是用来锁定寄存器中的值的，放置意外更改的，用的不多
LED和蜂鸣器介绍
LED：发光二极管，正向通电点亮，反向通电不亮【长脚/小片 - 正极；短脚/大片 - 负极】
有源蜂鸣器：内部自带振荡源，将正负极接上直流电压即可持续发声，频率固定
无源蜂鸣器：内部不带振荡源，需要控制器提供振荡脉冲才可发声，调整提供振荡脉冲的频率，可发出不同频率的声音
硬件电路注意：
1、LED最好使用低使能【低电平导通】，因为很多芯片低电平驱动能力强【很多单片机都是高电平驱动能力弱，低电平驱动能力强，这样可以避免高低电平打架】，一般限流电阻都是要接的
2、三极管的左边是基级，带箭头的是发射极，剩下是集电极；三极管的负载最好接在集电极，因为三极管的通断，是需要在发射极和基极之间产生电压，如果把负载接在三极管的发射极，有可能导致三极管不能正常开启