（注：此為樂(lè)某學(xué)習(xí)記錄，若有出錯(cuò)的地方歡迎各位指出?。?/p>

前言

本人使用的開(kāi)發(fā)板的芯片是STM32H743XIH6，所以外設(shè)也是根據(jù)此芯片來(lái)介紹。

在使用HAL庫(kù)配置的時(shí)候，需要安裝STM32CubeMX。此軟件可在ST官網(wǎng)下載，剩下的安裝步驟比較簡(jiǎn)單，不會(huì)單獨(dú)出篇進(jìn)行講解。

STM32CubeMX下載網(wǎng)址：https://www.st.com/zh/development-tools/stm32cubemx.html

一、什么是GPIO？可以做什么？

GPIO是General?Purpose?Input/Output的簡(jiǎn)寫(xiě)，翻譯為通用輸入/輸出。在STM32里是可以對(duì)其進(jìn)行控制或讀取的引腳，通俗點(diǎn)講，可以對(duì)它們輸出高/低電平或者讀取它們的實(shí)時(shí)電平。

GPIO可以實(shí)現(xiàn)跟硬件設(shè)備之間的通信（UART、IIC、SPI等），控制硬件設(shè)備的工作（LED、蜂鳴器等），讀取硬件設(shè)備的狀態(tài)等（中斷讀取，引腳狀態(tài)讀取等）。

我們知道了GPIO可以做這么多事，但是要怎么去實(shí)現(xiàn)呢？這里就提到一個(gè)復(fù)用的說(shuō)法，就是將需要用的引腳用復(fù)用器去連接到其他的外設(shè)，這樣的引腳功能就不會(huì)有沖突。有的操作就是，復(fù)用配置后，先執(zhí)行這個(gè)外設(shè)的功能，然后再?gòu)?fù)用到其他的外設(shè)上使用。

我使用的這個(gè)芯片一共有11組IO，分別是GPIOA~K。其中GPIOA~J是16個(gè)IO口，GPIOK是只有8個(gè)IO，大家使用時(shí)請(qǐng)仔細(xì)閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)或參考手冊(cè)。單個(gè)IO的稱呼，例如GPIOA的PIN0，就可以叫做PA0。

二、GPIO的基本結(jié)構(gòu)

我們使用到的IO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本都是這樣，對(duì)關(guān)鍵器件的解析：

1、保護(hù)二極管

為了防止IO引腳接到了一個(gè)過(guò)高或者過(guò)低的電壓，當(dāng)引腳電壓高于VDD時(shí)，上方的二極管導(dǎo)通；當(dāng)引腳電壓低于VSS時(shí)，下方的二極管導(dǎo)通，防止不正常電壓引入芯片導(dǎo)致芯片燒毀。 所以，IO是無(wú)法直接接到高功率的器件工作的，需要有額外的電路去處理這部分的問(wèn)題，否則可能會(huì)導(dǎo)致芯片的損壞或者無(wú)法驅(qū)動(dòng)外接器件的工作。

2、P-MOS管和N-MOS管

由P-MOS管和N-MOS管組成的單元電路使得GPIO具有“推挽輸出”和“開(kāi)漏輸出”的模式。推挽即使強(qiáng)高或者強(qiáng)低的輸出，開(kāi)漏只有強(qiáng)低的輸出，無(wú)法進(jìn)行強(qiáng)高的操作。

3、開(kāi)關(guān)

將輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換為0和1的器件。例如，輸入的電平為1.5V，但是我的低電平閾值是0-0.4V，高電平是2.8-VDD。那么這個(gè)電平，就會(huì)被視為浮空狀態(tài)。輸出同理，不會(huì)輸出閾值之外的電平，輸出0的范圍就是0-0.4V，輸出高就是2.8-VDD。如果看到有VDD_FT，就是兼容5V。

三、不同輸入/輸出模式

1、五種輸入：

（1）浮空輸入

此模式下的IO口的電平，由外部的電平信號(hào)決定，是不確定的信號(hào)，最終會(huì)直接進(jìn)入輸入數(shù)據(jù)寄存器。此模式容易會(huì)受到干擾來(lái)擾亂電平，通常用于配置USART的RX引腳，如下圖所示：

（2）上拉輸入

此模式下的IO口電平，若無(wú)信號(hào)接入（懸空），默認(rèn)為高電平。若輸入高電平，電平狀態(tài)就會(huì)保持高電平；若輸入低電平，電平狀態(tài)就會(huì)被拉低為低電平，此上拉為弱上拉。最終會(huì)直接進(jìn)入輸入數(shù)據(jù)寄存器。此模式可用作與一些電平狀態(tài)為浮空的器件，例如按鍵。若按鍵是一端接VSS，一端接IO。沒(méi)有按下的情況就是浮空的，當(dāng)按下按鍵后就是低電平。

（3）下拉輸入

此模式下的IO口電平，若無(wú)信號(hào)接入（懸空），默認(rèn)為低電平。若輸入高電平，電平狀態(tài)就會(huì)被拉高為高電平；若輸入低電平，電平狀態(tài)就會(huì)保持低電平，此下拉為弱下拉。最終會(huì)直接進(jìn)入輸入數(shù)據(jù)寄存器。此模式可用作與一些電平狀態(tài)為浮空的器件，例如按鍵。若按鍵是一端接VDD，一端接IO。沒(méi)有按下的情況就是浮空的，當(dāng)按下按鍵后就是高電平。

（4）模擬輸入

此模式下的IO，將不再是讀取電平狀態(tài)，獲取的是IO口的電壓值。最終會(huì)輸入到外設(shè)使用。通常使用到ADC外設(shè)，用來(lái)讀取模擬電壓的。例如，讀熱敏電阻和固定電阻的分壓來(lái)計(jì)算當(dāng)前溫度。

（5）復(fù)用輸入

此模式下的IO，會(huì)復(fù)用到單片機(jī)的其他外設(shè)，最終輸入到外設(shè)使用。例如，USART的串口接收引腳，SPI的MISO引腳等。

2、四種輸出：

（1）推挽輸出

此時(shí)的IO上的P-MOS管和N-MOS管都進(jìn)行工作，當(dāng)我們輸出設(shè)置"0"時(shí)，N-MOS管打開(kāi)，P-MOS管關(guān)閉，輸出低電平。當(dāng)我們輸出設(shè)置"1"時(shí)，P-MOS管打開(kāi)，N-MOS管關(guān)閉，輸出高電平。此模式輸出的是強(qiáng)電平，是可以驅(qū)動(dòng)一些器件的，帶負(fù)載能力較強(qiáng)，開(kāi)關(guān)速度高。

此時(shí)施密特觸發(fā)器時(shí)開(kāi)啟的，我們也可以讀取輸出數(shù)據(jù)寄存器的值，可以看是否設(shè)置正確，不過(guò)這很少用。同時(shí)我們也可以通過(guò)輸入數(shù)據(jù)寄存器來(lái)讀取電平狀態(tài)，注意！我們的IO電平不一定就是我們想要輸出的電平。

（2）開(kāi)漏輸出

此時(shí)的IO上的P-MOS管不工作，只有N-MOS管工作。當(dāng)我們輸出設(shè)置"0"時(shí)，N-MOS管打開(kāi)，P-MOS管關(guān)閉，輸出低電平。當(dāng)我們輸出設(shè)置"1"時(shí)，P-MOS管關(guān)閉，N-MOS管關(guān)閉，此時(shí)的電平狀態(tài)由外部決定。此模式只可輸出強(qiáng)低電平，想輸出高電平只能夠靠外部提供。

此時(shí)施密特觸發(fā)器時(shí)開(kāi)啟的，我們也可以讀取輸出數(shù)據(jù)寄存器的值，可以看是否設(shè)置正確，不過(guò)這很少用。同時(shí)我們也可以通過(guò)輸入數(shù)據(jù)寄存器來(lái)讀取電平狀態(tài)，注意！我們的IO電平不一定就是我們想要輸出的電平。

（3）模擬輸出

此模式下的IO，將不再是設(shè)置電平狀態(tài)，是設(shè)置IO口的電壓值。最終會(huì)輸出到外部使用。通常使用到DAC外設(shè)，用來(lái)設(shè)置模擬電壓的。例如，設(shè)置電壓到電壓控制器件工作。

（4）復(fù)用輸出

此模式下的IO，會(huì)復(fù)用到單片機(jī)的其他外設(shè)，輸出數(shù)據(jù)寄存器無(wú)法使用。輸出的電平狀態(tài)將會(huì)由外設(shè)控制。復(fù)用推挽輸出和復(fù)用開(kāi)漏輸出在此方面功能相同。

同時(shí)我們也可以通過(guò)輸入數(shù)據(jù)寄存器來(lái)讀取電平狀態(tài)，注意！我們的IO電平不一定就是我們想要輸出的電平。

四、GPIO的寄存器介紹

這里會(huì)拿配置IO的基本輸入輸出來(lái)介紹寄存器。我的開(kāi)發(fā)板上的LED燈連接到PB0，按鍵連接到了PA0。前面介紹了不同的輸入輸出模式的區(qū)別，所以PB0需要配置成輸出，PA0需要配置成輸入。

1、端口模式寄存器

在每個(gè)位的介紹里，并沒(méi)有看到具體的輸入輸出介紹，所以PB0配置為通用輸出模式（01），PA0配置成輸入模式（00）。

//PB0的模式配置
GPIOB->MODER?&= ~(0x03 << 0);? ? //先對(duì)需要配置的為作清零
GPIOB->MODER?|=  (0x01 << 0);
//按鍵1的模式配置
GPIOA->MODER?&= ~(0x03 << 0);? ? //先對(duì)需要配置的為作清零
GPIOA->MODER?|=  (0x00 << 0);

2、端口輸出類型寄存器

只有PB0是配置為輸出，所以PA0不需要配置此寄存器。因?yàn)槭球?qū)動(dòng)LED燈亮，所以需要配置為推挽輸出（0），使用開(kāi)漏輸出只有強(qiáng)低。

//PB0的輸出類型配置
GPIOB->OTYPER?&= ~(0x01 << 0);? ? //先對(duì)需要配置的為作清零
GPIOB->OTYPER?|=  (0x00 << 0);

3、端口輸出速度寄存器

只有PB0是配置為輸出，所以PA0不需要配置此寄存器。速度多少都行，這里沒(méi)有什么講究，我設(shè)置為超高速。

//PB0的輸出速度配置
GPIOB->OSPEEDR?&= ~(0x03 << 0);? ? //先對(duì)需要配置的為作清零
GPIOB->OSPEEDR?|=  (0x03 << 0);

4、端口上拉/下拉寄存器

PB0是做強(qiáng)高或強(qiáng)低輸出的，沒(méi)有必要做上拉下拉處理。PA0的外接了下拉電阻，所以這里也沒(méi)必要做上下拉處理。

//PB0的上下拉配置
GPIOB->PUPDR?&= ~(0x03 << 0);? ? //先對(duì)需要配置的為作清零
GPIOB->PUPDR?|=  (0x00 << 0);
//PA0的上下拉配置
GPIOA->PUPDR?&= ~(0x03 << 0);? ? //先對(duì)需要配置的為作清零
GPIOA->PUPDR?|=  (0x00 << 0);

5、端口輸入數(shù)據(jù)寄存器

這里會(huì)在獲取按鍵引腳狀態(tài)的時(shí)候使用到，我使用了宏定義來(lái)代替這操作。

#define KEY1_STATE?GPIOA->IDR & (0x01?<<?0)

6、端口輸出數(shù)據(jù)寄存器

此寄存器在控制LED的輸出操作時(shí)使用，統(tǒng)一寫(xiě)成宏定義的寫(xiě)法。我的開(kāi)發(fā)板LED是低電平點(diǎn)亮，所以將第0位置1熄滅LED，置0點(diǎn)亮LED

#define?LED_ON??GPIOB->ODR?&=?~(0x01?<<?0);
#define?LED_OFF?GPIOB->ODR?|=?(0x01?<<?0);

7、端口復(fù)位/置位寄存器

這個(gè)寄存器的功能和輸出寄存器的差不多，就是操作有點(diǎn)差別。在0-15位置1，就會(huì)把輸出寄存器的對(duì)應(yīng)位置1。在16-31位置一，就會(huì)把輸出寄存器的對(duì)應(yīng)位置0，就是16位對(duì)應(yīng)0位，31位對(duì)應(yīng)15位。

#define?LED_ON??GPIOB->BSRR?|=?(0x01?<<?16);
#define?LED_OFF?GPIOB->BSRR?|=?(0x01?<<?0);

8、端口配置鎖定寄存器

此寄存器較為少用，?簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)，就是用來(lái)鎖定GPIO的配置的，需要按照上面的解鎖方式對(duì)第16位操作，將GPIO進(jìn)行解鎖。然后給16位置0，再給你想要鎖定的端口置1即可。有興趣可以去研究研究。

9、復(fù)用功能寄存器

這個(gè)寄存器的作用，是引腳用于外設(shè)時(shí)使用的。可以將引腳復(fù)用到其他的外設(shè)，其中的AFx就是想要復(fù)用的外設(shè)，一個(gè)引腳可能有好幾種外設(shè)可以復(fù)用。后面寫(xiě)到其他外設(shè)的時(shí)候會(huì)使用這個(gè)寄存器，所以這里不多表述。

五、GPIO的配置方法

1、寄存器配置

//GPIOA和GPIOB的時(shí)鐘開(kāi)啟
RCC->AHB4ENR?|= (0x03 << 0);

//PB0的模式配置
GPIOB->MODER?&= ~(0x03 << 0);
GPIOB->MODER?|=  (0x01 << 0);

//PB0的輸出模式配置
GPIOB->OTYPER?&= ~(0x01 << 0);
GPIOB->OTYPER?|=  (0x00 << 0);

//PB0的輸出速度配置
GPIOB->OSPEEDR?&= ~(0x03 << 0);
GPIOB->OSPEEDR?|=  (0x03 << 0);

//PB0的上下拉配置
GPIOB->PUPDR?&= ~(0x03 << 0);
GPIOB->PUPDR?|=  (0x00 << 0);

//PA0的模式配置
GPIOA->MODER?&= ~(0x03 << 0);
GPIOA->MODER?|=  (0x00 << 0);

//PA0的上下拉配置
GPIOA->PUPDR?&= ~(0x03 << 0);
GPIOA->PUPDR?|=  (0x00 << 0);

2、HAL庫(kù)配置

1、打開(kāi)STM32CubeMX，點(diǎn)擊這里

2、搜索到自己的芯片信號(hào)后，雙擊點(diǎn)進(jìn)去

3、這就是默認(rèn)的界面

4、選擇使用的引腳和需要配置的類型

5、選擇好之后，點(diǎn)擊右邊的這部分，進(jìn)行引腳的具體配置。

6、配置系統(tǒng)時(shí)鐘，這里我使用的內(nèi)部高速時(shí)鐘，直接在這里輸入64，然后一直點(diǎn)擊確定，然后就會(huì)自動(dòng)幫忙配置好。

7、按下面的步驟，選擇好項(xiàng)目名稱和地址。

8、這里會(huì)創(chuàng)建一個(gè)文件夾，是專門(mén)做外設(shè)的初始化的，我比較建議勾上。

9、點(diǎn)擊生成代碼，然后就配置好了。

10、這里就是我們使用STM32CubeMX配置的GPIO方式，在MX_GPIO_Init函數(shù)里面，就是具體的配置操作，這里的操作和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的很相似。

六、總結(jié)

此篇對(duì)STM的GPIO外設(shè)進(jìn)行了講解，介紹了GPIO的基本結(jié)構(gòu)，不同的輸入輸出模式，以及寄存器的介紹。學(xué)到這里，應(yīng)該就能做出，通過(guò)按鍵控制LED燈的亮滅這種操作了。

HAL庫(kù)的操作介紹比較簡(jiǎn)單，基本上只要學(xué)習(xí)了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)就會(huì)HAL庫(kù)了，而學(xué)了寄存器后，就能大致看懂庫(kù)函數(shù)里面都做了什么，因?yàn)閹?kù)函數(shù)的本質(zhì)也就是操作寄存器。庫(kù)函數(shù)的操作呢，多玩玩基本上就熟悉了，大部分的功能都有函數(shù)實(shí)現(xiàn)，除非想要做出想要的邏輯操作，所以就不再過(guò)多的介紹庫(kù)函數(shù)。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-757715.html