HAL_GPIO - 技术栈

文章目录

一、GPIO简介
二、GPIO模块详解
- [ 1、GPIO框图](# 1、GPIO框图)
- - [ 1.保护二极管](# 1.保护二极管)
  - [ 2.P-MOS管和N-MOS管](# 2.P-MOS管和N-MOS管)
  - [ 3.输出数据寄存器（Output Data Register ODR）](# 3.输出数据寄存器（Output Data Register ODR）)
  - [ 4.复用功能输出](# 4.复用功能输出)
  - [ 5.输入数据寄存器（Input Data Register IDR）](# 5.输入数据寄存器（Input Data Register IDR）)
  - [ 6.复用功能输入](# 6.复用功能输入)
  - [ 7.模拟输入输出](# 7.模拟输入输出)
- [ 2、工作模式](# 2、工作模式)
- - [ 1.输入模式（4 种）](# 1.输入模式（4 种）)
  - [ 2.输出模式（4 种）](# 2.输出模式（4 种）)
- [ 3、GPIO速度](# 3、GPIO速度)
三、CudeMx配置GPIO
- [ 1、GPIO输出（LED 示例：PB5）](# 1、GPIO输出（LED 示例：PB5）)
- - [ 1.选中引脚](# 1.选中引脚)
  - [ 2.详细配置（左侧 System Core → GPIO）](# 2.详细配置（左侧 System Core → GPIO）)
- [ 2、GPIO 输入（按键示例：PC13，上拉）](# 2、GPIO 输入（按键示例：PC13，上拉）)
- - [ 1.选中引脚](# 1.选中引脚)
  - [ 2.详细配置](# 2.详细配置)
- [ 3、GPIO 外部中断（EXTI，按键 PA0）](# 3、GPIO 外部中断（EXTI，按键 PA0）)
- - [ 1.选中引脚](# 1.选中引脚)
  - [ 2.配置触发与上下拉](# 2.配置触发与上下拉)
  - [ 3.使能 NVIC 中断](# 3.使能 NVIC 中断)
- [ 4、时钟配置（必做）](# 4、时钟配置（必做）)
- [ 5、生成代码](# 5、生成代码)
- [ 6、添加代码](# 6、添加代码)
- - [ 1.输出（LED）](# 1.输出（LED）)
  - [ 2.输入（按键）](# 2.输入（按键）)
  - [ 3.中断回调](# 3.中断回调)
四、GPIO模块组成
- 1、数据结构
- 2、句柄
- 3、API
- - [ 1. 初始化](# 1. 初始化)
  - [ 2. 读引脚](# 2. 读引脚)
  - [ 3. 写引脚](# 3. 写引脚)
  - [ 4. 翻转电平](# 4. 翻转电平)
  - [ 5. 中断服务（EXTI）](# 5. 中断服务（EXTI）)
  - [ 6. 中断回调](# 6. 中断回调)
  - [ 7.时钟使能](# 7.时钟使能)
  - [ 8.模式定义](# 8.模式定义)
- [ 4、状态/错误](# 4、状态/错误)
- - [ 1. 引脚电平状态 GPIO_PinState](# 1. 引脚电平状态 GPIO_PinState)
  - [ 2. 中断挂起状态（EXTI 标志）](# 2. 中断挂起状态（EXTI 标志）)
五、GPIO模块应用实例
- [ 1、推挽输出 --- 控制 LED（PB5）](# 1、推挽输出 — 控制 LED（PB5）)
- [ 2、上拉输入 --- 按键（PC13）](# 2、上拉输入 — 按键（PC13）)

一、GPIO简介

GPIO ：General Purpose Input Output，通用输入输出引脚，是 MCU 与外部世界交互的最基本接口。

STM32F103 一般有 GPIOA ~ GPIOG，每组 16 个引脚（Pin0 ~ Pin15）。

二、GPIO模块详解

1、GPIO框图

1.保护二极管

引脚的两个保护二级管可以防止引脚外部过高或过低的电压输入，当引脚电压高于VDD时，上方的二极管导通，当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。

2.P-MOS管和N-MOS管

推挽输出：

所谓的推挽输出模式，是根据这两个MOS管的工作方式来命名的。

在该结构中输入高电平时，经过反向后，上方的P-MOS导通，下方的N-MOS关闭，对外输出高电平；

在该结构中输入低电平时，经过反向后，N-MOS管导通，P-MOS关闭，对外输出低电平。

开漏输出 ：

开漏输出模式时，上方的P-MOS管完全不工作。

如果我们控制输出为0，低电平，则P-MOS管关闭，N-MOS管导通，使输出接地，若控制输出为1 (它无法直接输出高电平)时，则P-MOS管和N-MOS管都关闭，所以引脚既不输出高电平，也不输出低电平，为高阻态。

注意：

开漏输出时，上拉电路自行另外加，VDD可自定义为5V。

3.输出数据寄存器（Output Data Register ODR）

输出数据寄存器GPIOx_ODR，修改输出寄存器的值就可以修改GPIO引脚的输出电平。

4.复用功能输出

复用功能输出"中的"复用"是指STM32的其它片上外设对GPIO引脚进行控制，此时GPIO引脚用作该外设功能的一部分，算是第二用途。

5.输入数据寄存器（Input Data Register IDR）

GPIO引脚经过内部的上、下拉电阻，可以配置成上/下拉输入，然后再连接到施密特触发器，信号经过触发器后，模拟信号转化为0、1的数字信号，然后存储在"输入数据寄存器GPIOx_IDR"中，通过读取该寄存器就可以了解GPIO引脚的电平状态。

// 读取GPIOB端口的16位数据值

uint16_t temp;

temp = GPIOB->IDR;

6.复用功能输入

与"复用功能输出"模式类似，在"复用功能输入模式"时，GPIO引脚的信号传输到STM32其它片上外设，由该外设读取引脚状态。

7.模拟输入输出

当GPIO引脚用于ADC采集电压的输入通道时，用作"模拟输入"功能，此时信号是不经过施密特触发器的，因为经过施密特触发器后信号只有0、1两种状态，所以ADC外设要采集到原始的模拟信号，信号源输入必须在施密特触发器之前。

2、工作模式

1.输入模式（4 种）

浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）

引脚悬空时电平不确定。

常用于外部按键、中断引脚。

上拉输入（GPIO_Mode_IPU）

内部上拉电阻 → 默认高电平。

按键常用。

下拉输入（GPIO_Mode_IPD）

内部下拉电阻 → 默认低电平。

模拟输入（GPIO_Mode_AIN）

用于 ADC、DAC 等模拟功能。

关闭上 / 下拉，减少干扰。

2.输出模式（4 种）

推挽输出（GPIO_Mode_Out_PP）

可强输出高 / 低电平。

驱动 LED、继电器、器件引脚。

开漏输出（GPIO_Mode_Out_OD）

只能输出低电平 / 高阻态。

高电平需外部上拉。

多用于 I2C、单线通信。

复用推挽（GPIO_Mode_AF_PP）

外设复用：UART_TX、SPI、PWM、MCO (PA8)。

复用开漏（GPIO_Mode_AF_OD）

外设开漏：I2C_SDA/SCL。

3、GPIO速度

只对输出模式有效，控制引脚翻转速率：

GPIO_Speed_2MHz 低速

GPIO_Speed_10MHz 中速

GPIO_Speed_50MHz 高速（MCO、PWM 用这个）

三、CudeMx配置GPIO

1、GPIO输出（LED 示例：PB5）

1.选中引脚

在芯片图上找到 PB5，左键点击 → 选择 GPIO_Output。

2.详细配置（左侧 System Core → GPIO）

选中 PB5，设置：

GPIO output level: High（默认灭）

GPIO mode: Output Push Pull（推挽）

Pull-up/Pull-down: No pull-up and no pull-down

Maximum output speed: Low

2、GPIO 输入（按键示例：PC13，上拉）

1.选中引脚

点击 PC13 → 选择 GPIO_Input。

2.详细配置

GPIO mode: Input mode

Pull-up/Pull-down: Pull-up

3、GPIO 外部中断（EXTI，按键 PA0）

1.选中引脚

点击 PA0 → 选择 GPIO_EXTI0。

2.配置触发与上下拉

GPIO mode: External Interrupt Mode with Falling edge trigger

Pull-up/Pull-down: Pull-up

3.使能 NVIC 中断

进入 NVIC Settings，勾选 EXTI line0 interrupt，设置优先级。

4、时钟配置（必做）

进入 Clock Configuration。

选外部晶振 HSE，配置 SYSCLK = 72 MHz（F103 标准）。

5、生成代码

进入 Project Manager：

填写工程名、路径

选择 IDE：MDK-ARM

点击 GENERATE CODE。

6、添加代码

1.输出（LED）

HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); // 亮

HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_5); // 翻转

2.输入（按键）

if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13) == GPIO_PIN_RESET) {

// 按下

}

3.中断回调

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {

if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0) {

// 按键中断处理

}

四、GPIO模块组成

1、数据结构

初始化结构体：GPIO_InitTypeDef

作用：配置 GPIO 引脚的模式、速度、上下拉。

c 复制代码

		typedef struct
		{
		  uint32_t Pin;       // 引脚编号：GPIO_PIN_0 ~ 15
		  uint32_t Mode;      // 模式（输入/输出/中断/复用）
		  uint32_t Pull;      // 上下拉
		  uint32_t Speed;     // 输出速度（仅输出有效）
		} GPIO_InitTypeDef;

2、句柄

老版句柄：GPIO_HandleTypeDef hgpio;

新版没有句柄：

GPIO 没有句柄结构体！

直接用 GPIOx（GPIOA/GPIOB...）操作。

3、API

1. 初始化

HAL_GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStruct);

2. 读引脚

GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_PIN_x);

3. 写引脚

HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_PIN_x, GPIO_PIN_SET/RESET);

4. 翻转电平

HAL_GPIO_TogglePin(GPIOx, GPIO_PIN_x);

5. 中断服务（EXTI）

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_x);

6. 中断回调

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin);

7.时钟使能

// 使能GPIOA时钟

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

// 使能GPIOB时钟

__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

// 关闭GPIOA时钟（极少用）

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_DISABLE();

8.模式定义

4、状态/错误

1. 引脚电平状态 GPIO_PinState

GPIO_PIN_RESET // 低电平 0

GPIO_PIN_SET // 高电平 1

2. 中断挂起状态（EXTI 标志）

// 获取中断标志

__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_PIN_x)

// 清除中断标志

__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_x)

五、GPIO模块应用实例

复用功能在对应的模块笔记。

1、推挽输出 --- 控制 LED（PB5）

c 复制代码

		// 开时钟
		__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
		
		GPIO_InitTypeDef gpio = {0};
		gpio.Pin = GPIO_PIN_5;
		gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
		gpio.Pull = GPIO_NOPULL;
		gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
		
		HAL_GPIO_Init(GPIOB, &gpio);
		
		// 输出低电平点亮LED
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);

2、上拉输入 --- 按键（PC13）

c 复制代码

		__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
		
		GPIO_InitTypeDef gpio = {0};
		gpio.Pin = GPIO_PIN_0;
		gpio.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
		gpio.Pull = GPIO_PULLUP; // 上拉
		
		HAL_GPIO_Init(GPIOC, &gpio);
		
		// 读取：按下=低电平
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13) == GPIO_PIN_RESET)
		{
		    // 按键按下
		}