【stm32_2.2】【快速入门】对GPIO解析、外设的初始化和配置、细节分析GPIO

一、GPIO外设的概念

1.GPIO的概念

2.GPIO的定义

3.引脚的分布

一、GPIO外设的概念

1.GPIO的概念

GPIO（General Purpose Input/Output）外设是++++用于与外部设备进行交互++++ 。++++GPIO引脚的核心功能是作为通用的数字输入或输出++++ ，++可以++ 通过软件++配置为多种工作模式++ ，以满足不同的应用需求，++++GPIO引脚需要和外设连接在一起的，就可以和外设实现通信以及采集数据等功能++++。

2.GPIO的定义

GPIO指的是++++对芯片的某个引脚进行高低电平的输出(输出)，以及可以去检测某个引脚的电平状态(输入)。++++

++++一般电平采用都是TTL电平信号，TTL电平信号规定：+5V等价于逻辑"1"，0V等价于逻辑"0"。++++

电平其实有一个电平范围：>2.4V就表示高电平，<0.4V就表示低电平。

3.引脚的分布

电源引脚：VCC、VDD、VSS、VDDA、VSSA、VREF+等属于电源引脚

晶振引脚：PC14、PC15、PH0、PH1就属于晶振引脚，也可以作为其他的功能使用

复位引脚：NRST属于复位引脚

BOOT引脚：BOOT0是专用引脚，BOOT1就属于功能引脚（设置芯片的自举模式）

GPIO引脚：芯片一共有144引脚，但是GPIO引脚有114个

下载引脚：PA13、PA14、PB3、PB4等都属于下载引脚（JTAG、SWD）

4.引脚的命名

IO口的命名是由P(Pin)开头，分为很多组(端口)，以字母A~H来命名，每个组(端口)有16个引脚，引脚的编号为0~15，所以如端口A引脚范围： PA0 ~ PA15 端口B引脚范围：PB0~PB15.....

扩展：51单片机的引脚及引脚分别

51单片机也有IO口，一般8051有40个引脚，其中有1个复位引脚，2个晶振引脚，2个电源引脚，3个存储选择引脚，剩下的32个引脚作为IO口，8051也把32个IO口进行分组，分为4个端口，每个端口有8个引脚，端口是以数字0~3进行区分，每个端口的8个引脚是以数字0~7进行区分，比如 P00 ~ P07 P10 ~ P17 P20 ~ P27 P30 ~ P37

5.引脚的功能

需要注意：++芯片的引脚有很多的功能++ ，一般默认的功能都是作为GPIO（输入输出），但是++引脚也有其他的功能，被称为"第二功能"++ ，++++只有在使用ADC通道和DAC需要把引脚设置模拟模式，其他情况下想要把引脚当做别的功能使用，需要把引脚设置复用模式。++++ 注意:如果想要了解引脚的功能,应该查阅芯片的数据手册!!!!

++++注意:引脚在芯片复位之后的默认功能一般都是GPIO功能,但是并不绝对,所以用户在使用后任何一个引脚的时候都应该查阅芯片数据手册.++++

FT标记：该GPIO可以容忍5v电压。

因为IO口外设有2个保护二极管，可以一定程度上保护IO口，但是保护的上限是5v。

二、GPIO外设的使用

从点亮LED开始，主要是以基础外设作为入门，掌握外设的控制流程。

为了快速入门编写代码，先使用st公司提供的标准外设库的接口完成入门。

查看原理图，找到控制发光二极管的芯片的IO口
分析原理图，理解硬件的控制原理（复杂外设还需要结合数据手册）。

当前发光二极管的一端连接正极，为使当前发光二极管亮，则需要MCU输出低电平。

3.程序设计，根据ST公司提供的函数库（标准外设库）的帮助手册学习开发流程。

案例

需求：实现利用ST公司的关于GPIO外设的代码案例，来控制点亮开发板的4盏LED灯。

cpp 复制代码

/**
   ******************************************************************************
   * @file    GPIO/GPIO_IOToggle/main.c 
   * @author  
   * @version 
   * @date    03-August-2026
   * @brief   利用MCU点亮4盏LED灯的亮
								D1  LED0      PF9
								D2  LED1      PF10
								D3  FSMC_D10  PE13
								D4  FSMC_D10  PE14
   ******************************************************************************
**/

#include "stm32f4xx.h"  //必须要包含的头文件

int main()
{
	//1.定义GPIO外设的结构体变量
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

	//2.打开GPIOF端口、GPIOE端口的时钟
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);

	//3.配置PF9引脚为输出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
	
	//4.对GPIOF端口进行初始化
	GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);

    //初始化到端口F，而端口F记录了上述的参数，下方再改参数，对端口F都不会有影响了
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14;
	GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);

	while(1)
	{
		//5.控制PF9引脚输出低电平，则LED会亮
		GPIOF->BSRRH = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10 ;
		GPIOE->BSRRH =GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14;
	}
}

三、GPIO外设的细节分析

外设的初始化和配置

|-----------------|
| 1.定义外设的结构体变量 |
| 2.打开外设的时钟 |
| 3.对外设的结构体成员进行赋值 |
| 4.对外设进行初始化 |

定义GPIO外设的和初始化相关的结构体变量，结构体类型是定义在stm32f4xx_gpio.h

2.想要使用GPIO外设，必须提前打开GPIO端口外设时钟

++++STM32的MCU内部有很多外设，每个外设的作用和性能都各不相同++++ ，ST公司为了降低芯片功耗，把不同性能的外设挂载在不同性能的总线上，需要掌握++++3条总线：AHB高级高性能总线（总线频率是168MHZ）、APB1高级外设总线（总线频率是42MHZ）、APB2高级外设总线（总线频率是84MHZ）。++++

MCU总线

而++++MCU内部的外设的性能不同，++++ 所以++++就需要把外设挂载到对应的总线，利用总线对外设进行控制。++++

寄存器的组成、触发器的概述

寄存器由若干触发器组成。
++二值信号++ 不仅需要进行算术运算和逻辑运算 ，还经常需要将这些信号和运算结果保存起来 。为此 ====> ++需要使用具有记忆功能的基本逻辑单元++ 。能够存储1位二值信号的基本单元电路 统称为触发器。

记忆1位二值信号触发器的两个基本特点:

双稳态。具有两个能自行保持的稳定状态,用来表示逻辑状态的0和1
在触发信号的操作下,根据不同的输入信号可以置成1或0状态。

触发方式：电平触发、脉冲触发和边沿触发三种。

为什么要打开时钟？

++（从功耗的角度）++芯片是低功耗的，为了降低功耗，复位之后，外设都是关闭状态。所以在用外设之前都要打开时钟。

++（打开时钟的目的，从底层的角度讲）++打开时钟的目的是为了使用寄存器。

++++时钟相当于外设的开关，不打开时钟，则晶振产生的振荡信号就无法输入到++++ MCU内部的外设中，则没有时钟信号，触发器无法触发，则触发器无法锁存数据，而寄存器是由N个触发器组成，所以寄存器就无法工作，而控制硬件，必须通过寄存器实现。

3.打开GPIO外设的时钟之后，可以对GPIO外设的初始化结构体中的成员进行赋值

设置GPIO引脚编号

/** @defgroup GPIO_pins_define

* @{

*/

#define GPIO_Pin_0 ((uint16_t)0x0001) /* Pin 0 selected */

#define GPIO_Pin_1 ((uint16_t)0x0002) /* Pin 1 selected */

#define GPIO_Pin_2 ((uint16_t)0x0004) /* Pin 2 selected */

#define GPIO_Pin_3 ((uint16_t)0x0008) /* Pin 3 selected */

#define GPIO_Pin_4 ((uint16_t)0x0010) /* Pin 4 selected */

#define GPIO_Pin_5 ((uint16_t)0x0020) /* Pin 5 selected */

#define GPIO_Pin_6 ((uint16_t)0x0040) /* Pin 6 selected */

#define GPIO_Pin_7 ((uint16_t)0x0080) /* Pin 7 selected */

#define GPIO_Pin_8 ((uint16_t)0x0100) /* Pin 8 selected */

#define GPIO_Pin_9 ((uint16_t)0x0200) /* Pin 9 selected */

#define GPIO_Pin_10 ((uint16_t)0x0400) /* Pin 10 selected */

#define GPIO_Pin_11 ((uint16_t)0x0800) /* Pin 11 selected */

#define GPIO_Pin_12 ((uint16_t)0x1000) /* Pin 12 selected */

#define GPIO_Pin_13 ((uint16_t)0x2000) /* Pin 13 selected */

#define GPIO_Pin_14 ((uint16_t)0x4000) /* Pin 14 selected */

#define GPIO_Pin_15 ((uint16_t)0x8000) /* Pin 15 selected */

#define GPIO_Pin_All ((uint16_t)0xFFFF) /* All pins selected */

设置GPIO引脚的模式

typedef enum

{

GPIO_Mode_IN = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */ //输入模式

GPIO_Mode_OUT = 0x01, /*!< GPIO Output Mode */ //输出模式

GPIO_Mode_AF = 0x02, /*!< GPIO Alternate function Mode */ //复用模式

GPIO_Mode_AN = 0x03 /*!< GPIO Analog Mode */ //模拟模式

}GPIOMode_TypeDef;

设置GPIO引脚的输出速度

指的是引脚电平的切换速度。

输出速度指的是引脚电平的翻转速度，如果选择高速，则会增加功耗和噪声，如果不知道选择哪种，则选择高速即可(为了不影响IO口的性能)。

/**

* @brief GPIO Configuration PullUp PullDown enumeration

*/

typedef enum

{

GPIO_PuPd_NOPULL = 0x00,

GPIO_PuPd_UP = 0x01,

GPIO_PuPd_DOWN = 0x02

}GPIOPuPd_TypeDef;

设置GPIO引脚的输出类型

/**

* @brief GPIO Output type enumeration

*/

typedef enum

{

GPIO_OType_PP = 0x00, //推挽输出

GPIO_OType_OD = 0x01 //开漏输出

}GPIOOType_TypeDef;

设置GPIO引脚的内部电阻

上拉电阻、下拉电阻、不用电阻。

上拉电阻、下拉电阻的作用：在引脚没有外部电平的情况下，选择给引脚提供一个外部电平。

上拉电阻的作用：在引脚没有外部电平的情况下，选择给引脚提供一个高电平。

下拉电阻的作用：在引脚没有外部电平的情况下，选择给引脚提供一个低电平。

/**

* @brief GPIO Configuration PullUp PullDown enumeration

*/

typedef enum

{

GPIO_PuPd_NOPULL = 0x00,

GPIO_PuPd_UP = 0x01,

GPIO_PuPd_DOWN = 0x02

}GPIOPuPd_TypeDef;

4.设置好了GPIO结构体的各个成员的值，需要把结构体中的值写入到GPIO端口寄存器！

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);