【STM32库函数】GPIO详解

1. GPIO简介
2. GPIO的八种工作模式
3. GPIO寄存器
4. GPIO库函数
5. GPIO实验

1. GPIO简介

GPIO是通用输入输出引脚，它是STM32芯片上的数字接口，可以被软件配置为输入或输出，在连接外部设备时发挥重要作用。它们可以使用寄存器级操作进行配置和控制，因此具有灵活性和可编程性。

STM32F103ZET6 芯片是 144 脚的芯片，具有 GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF 和 GPIOG 七组 GPIO 口，共有 112 个 IO 口可供我们编程使用，其中37个是普通输入/输出口，75个是复用输入/输出口（当然不同的芯片引脚个数不同，但功能一致，具体可查看芯片手册）。这些GPIO口都可以根据需要被配置为数字输入（input）或数字输出（output）模式。在输入模式下，GPIO口接收外部设备产生的电信号，并将其转换为数字信号传递给处理器。在输出模式下，GPIO口将处理器输出的数字信号转换为电信号，并向外部设备发送。

每个GPIO口还可以根据应用需求选择不同的工作模式，例如中断输入模式、定时器输入捕获模式、PWM输出模式、模拟输入模式等。这些不同的工作模式使得GPIO口可以更好地满足不同的应用需求。

在工程实践中，GPIO引脚也经常使用一些特殊的电气特性，例如上拉电阻、下拉电阻、推挽输出、开漏输出等。这些特性可以为系统提供更多的灵活性和稳定性。例如，使用上拉电阻可以防止输入引脚的漂移，而使用推挽输出则可以提供比开漏输出更强的驱动能力。

总之，STM32的GPIO是一种非常重要的数字接口，用于连接各种外部设备。它们具有可编程性、灵活性和可靠性，并且在工业自动化、智能家居、汽车电子、医疗设备等领域中广泛应用。

2. GPIO的八种工作模式

GPIO的八种模式又分为四种输入模式和四种输出模式，硬件实现这里不做详细介绍，主要介绍八种模式功能及其对应的适用场景。

2.1 输入浮空模式（Floating Input Mode）

在该模式下，GPIO引脚处于高阻态且未选通上拉或下拉电阻。这种模式适用于数字输入信号不需要精度要求的场合，例如控制系统中一些状态量检测、接近传感器等的信号输入。但是，在使用输入浮空模式时，需要注意防止静电干扰和误操作。
举例：在一个控制系统中，检测两个机械部件之间距离的传感器，只需输出0或1两个状态值，可以使用输入浮空模式。

2.2 输入上拉模式（Input with Pull-up Mode）

在该模式下，GPIO引脚通过一个上拉电阻与VDD相连。当外部电路未连接时，引脚被拉向高电平。这种模式适用于需要稳定输入信号的场合，如按键开关、震动传感器等的信号输入。此模式适用于数字输入信号需要精度要求的场合。
举例：在嵌入式设备中，如果需要使用按键来进行控制，可以将GPIO引脚配置为输入上拉模式，并将按键连接到引脚和地之间，在此模式下，按键不被按下时，引脚处于高电平状态，当按键被按下时，引脚变为低电平状态。

2.3 输入下拉模式（Input with Pull-down Mode）

在该模式下，GPIO引脚通过一个下拉电阻与GND相连。当外部电路未连接时，引脚被拉向低电平。这种模式同样适用于需要稳定输入信号的场合，如按键开关、震动传感器等的信号输入。此模式同样适用于数字输入信号需要精度要求的场合。
举例：在嵌入式设备中，如果需要使用按键来进行控制，可以将GPIO引脚配置为输入下拉模式，并将按键连接到引脚和VDD之间，在此模式下，当按键不被按下时，引脚处于低电平状态，当按键被按下时，引脚变为高电平状态。

2.4 模拟输入模式（Analog Input Mode）

在该模式下，GPIO引脚被配置为模拟信号输入。ADC模块可以将引脚读取到的模拟信号转换成数字信号进行处理。这种模式适用于需要精确模拟量信号输入的场合，如温度传感器、光传感器等。
举例：在一个机器人系统中，需要使用光传感器来检测周围环境的亮度。可以将GPIO引脚配置为模拟输入模式，并将光传感器连接到引脚和地之间，此时ADC模块可以将读取到的模拟信号转换成数字信号进行处理。

2.5 开漏输出模式（Open-drain Output Mode）

在该模式下，GPIO引脚可以输出低电平信号，但输出高电平信号时变为高阻态。需搭配一个外部上拉电阻使引脚运作正确。开漏输出模式适用于驱动外部设备，如LED灯、数码管等。此模式适用于外部设备控制信号输出的场合。
举例：STM32使用I2C通讯时，SDA和SCL都要使用开漏输出模式。这是因为I2C通讯总线中，SDA和SCL线都可能出现多主机同时发送数据的情况，为避免数据冲突，需要将SDA和SCL配置成开漏输出模式，并且使用外部上拉电阻将它们拉升到高电平。

2.6 推挽输出模式（Push-pull Output Mode）

在该模式下，GPIO引脚可以输出高、低电平信号。推挽输出模式适用于直接驱动负载场合，如电机、继电器等的输出驱动。此模式适用于直接驱动负载的控制信号输出的场合。
举例：在一个机器人系统中，需要通过GPIO引脚来控制机器人的运动方向，例如前进、后退、左转、右转等。可以将GPIO引脚配置为推挽输出模式，并将引脚连接到电机驱动芯片，此时引脚可以直接驱动电机的正反转。

2.7 开漏式复用功能模式（Open-drain Alternate Function Mode）

在该模式下，GPIO引脚可以被配置为一些标准的或自定义的功能，例如I2C总线通讯的SCL时钟线。这种模式下，GPIO引脚被配置为开漏输出模式，适用于驱动外部设备或总线通讯。
举例：在一个机器人系统中，需要使用I2C总线来进行控制。可以将GPIO引脚配置为开漏式复用功能模式，并将SCL连接到引脚上。此时，引脚被配置为开漏输出模式，可以驱动I2C总线中的SCL时钟线。

2.8 推挽式复用功能模式（Push-pull Alternate Function Mode）

在该模式下，GPIO引脚可以被配置为一些标准的或自定义的功能，例如USART通信的TX、RX数据线。这种模式下，GPIO引脚被配置为推挽输出模式，适用于直接驱动负载或者数据通讯。
举例：在一个机器人系统中，需要使用串口通信来进行数据传输。可以将GPIO引脚配置为推挽式复用功能模式，并将TX、RX数据线连接到引脚上。此时，引脚被配置为推挽输出模式，可以直接驱动负载或进行数据通讯。

3. GPIO寄存器

GPIO对应的寄存器个数为7个，包括2 个 32位端口配置寄存器（CRL 和 CRH）、2 个 32 位端口数据寄存器（IDR 和 ODR）、1 个 32 位端口置位/复位寄存器（BSRR）、1 个 16 位端口复位寄存器（BRR）、1 个 32 位端口锁定寄存器 (LCKR)。下面将一一介绍。

3.1 2 个 32位端口配置寄存器(CRL 和 CRH)

作用：用来配置模式和端口的速度，可写可读。
CRH

CRL

每组GPIO有16个IO引脚，CRL 控制端口的低8个IO引脚， CRH 控制端口的高8个IO引脚，每个IO引脚由4个位控制。

高2位为CNF配置IO口工作方式：
低2位为MODE配置IO口是输入/出和端口速度

3.2 2 个 32 位端口数据寄存器(IDR 和 ODR)

作用：用来控制IO口数据输出和检测IO口数据输入。
ODR（可写可读）

这里低16位输出为全1，对应IO口输出高电平；低16位输出为全0，对应IO口输出低电平。
IDR（只能读）

3.3 1 个 32 位端口置位/复位寄存器(BSRR)

作用：用来控制IO口输出的高低电平，即ODR寄存器的低16位为全0还是全1，只能写不能读。

高16位控制ODR寄存器低16位为全0还是保持：0为保持，1为设置为全0并且IO口输出低电平。
低16位控制ODR寄存器低16位为全1还是保持：0为保持，1为设置为全1并且IO口输出高电平。

另外，当该寄存器为全1，那么就意味着置位和复位同时满足，是不成立的，规定此时置位满足。

3.4 1 个 16 位端口复位寄存器(BRR)

作用：用来清除IO口的输出，高16位被保留，清除后低16位与BSRR低16位相同（只能写）

将低16位全写1后，对应ODR寄存器的低16位变为0；将低16位全写1后，对对应的ODR寄存器的低16位不产生影响。

3.5 1 个 32 位端口锁定寄存器 (LCKR)

作用：用来控制0-15IO口锁定状态（可读可写）

高15位保留，始终为0，第16位控制某个IO口是否被锁，低16位为选定0-15的IO口，第16位实际上是控制CRL和CRH对应某个IO口对应的4个位是否能被修改。
第16位具体使用方式如下：
当LCKR寄存器的第16位被设置为1时，表示将要锁定相应的GPIO端口，此时需要向LCKR寄存器写入两次特定的数据来最终锁定该端口。具体步骤如下：

将控制寄存器（CR寄存器）中的相应引脚配置为输入模式或输出模式，并设置所需的速度、推挽/开漏等其他参数。
将LCKR寄存器的第16位设置为1以锁定该端口。
将LCKR寄存器的第16位（即LCKK位）设置为1表示准备锁定相应的GPIO端口。此时GPIO端口还未被锁定，但已经被预备锁定。如果在锁定状态下尝试修改GPIO端口的配置，则会导致错误发生。
向LCKR寄存器中写入任意值。向LCKR寄存器中写入任意值，以便进行第4步的确认操作。
将LCKR寄存器中的值反转后再次写入相同的值，确认锁定操作。
在确认操作之前，需要反转LCKR寄存器中的值（即按位取反），然后再次向LCKR寄存器中写入相同的值。如果确认操作成功，GPIO端口将被锁定并且无法再被修改。

如果需要解除GPIO端口的锁定状态，则需要通过复位整个芯片或者读取LCKR寄存器来检查其状态，并执行相应的解锁操作。例如，可以使用特殊的序列来解锁GPIO端口：先将LCKR寄存器的第16位（LCKK位）清零，然后再向LCKR寄存器中写入任意值，最后再次向LCKR寄存器中写入相同的值即可解锁GPIO端口。

需要注意的是，在使用GPIO端口锁定功能时，只有部分引脚支持GPIO端口锁定功能，具体请参考芯片的数据手册或相关技术文档。

3.5 GPIO寄存器地址映象

4. GPIO库函数

GPIO的库函数声明都在"stm32f10x_gpio.h"文件中。

4.1 初始化函数

4.1.1 初始化GPIO_InitTypeDef结构体为默认值

函数声明如下：

void GPIO_StructInit(GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);

GPIO_InitStruct：结构体的指针参数，用于对该结构体进行初始化。在调用该函数之前，必须先定义并分配内存空间给
GPIO_InitTypeDef 结构体变量。该结构体是用于配置 GPIO
端口的一种数据类型，包含了各种控制引脚模式、输入/输出方向、输出速度和上拉/下拉等属性的成员变量。

默认值包括：

引脚GPIO_Pin：0
速度GPIO_Speed: GPIO_Speed_2MHz。
模式GPIO_Mode: GPIO_Mode_IN_FLOATING，浮空输入。

使用方式：将一个结构体设置为默认值：

// 定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体变量gpio_init_structure
GPIO_InitTypeDef gpio_init_structure;

// 使用GPIO_StructInit()函数对gpio_init_structure结构体进行初始化
GPIO_StructInit(&gpio_init_structure);

将该结构体配置为默认值后，就可以用GPIO_Init函数对这个结构体中参数设置为指定值并映射到指定端口。

4.1.2 将指定GPIO端口配置为指定参数

函数声明如下：

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

GPIOx ：一个指向 GPIO_TypeDef 类型结构体的指针，表示要被初始化的GPIO端口（如GPIOA、GPIOB等）。
GPIO_InitStruct：一个指向 GPIO_InitTypeDef类型结构体的指针，表示要应用于指定GPIO端口的配置信息。该结构体成员变量有GPIO引脚号，GPIO速度结构体，GPIO模式结构体。

在使用GPIO_Init函数时，我们需要先定义一个GPIO_InitTypeDef结构体并对其中的各个参数进行赋值或者使用GPIO_StructInit函数将定义的结构体设置为默认值，然后将其作为参数传递给GPIO_Init函数，以完成对GPIO口的初始化配置。
使用方法：初始化PB5口为推挽输出模式，速度为50MHz，无上下拉电阻，代码如下：

// 声明一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体变量 GPIO_InitStruct
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

// 设置 GPIO_InitStruct 结构体中的 GPIO_Pin 成员变量为 GPIOB 的第 5 个引脚
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;

// 设置 GPIO_InitStruct 结构体中的 GPIO_Mode 成员变量为推挽输出模式
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

// 设置 GPIO_InitStruct 结构体中的 GPIO_Speed 成员变量为 50MHz
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

// 设置 GPIO_InitStruct 结构体中的 GPIO_OType 成员变量为推挽输出
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

// 设置 GPIO_InitStruct 结构体中的 GPIO_PuPd 成员变量为无上下拉电阻
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;

// 调用 GPIO_Init 函数，将 GPIOB 第 5 个引脚的配置设置为 GPIO_InitStruct 中的值
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

注意：在调用该函数之前，需要先使能所需的 GPIO 端口时钟。
在配置完 GPIO 引脚后，可以调用其他函数（如GPIO_SetBits()、GPIO_ResetBits()和GPIO_WriteBit()）来设置或重置 GPIO 引脚的输出状态。

4.1.3 将指定的GPIO外设寄存器初始化为默认值

函数声明如下：

void GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef* GPIOx)

GPIOx：要操作的GPIO端口

这个函数适用于需要对一个已经被初始化过的GPIO端口进行重置或释放的情况。
使用方法：将已经具体初始化的PB5口初始化恢复到默认状态

//
// 声明一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体变量 GPIO_InitStruct
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

// 设置 GPIO_InitStruct 结构体中的 GPIO_Pin 成员变量为 GPIOB 的第 5 个引脚
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;

// 设置 GPIO_InitStruct 结构体中的 GPIO_Mode 成员变量为推挽输出模式
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

// 设置 GPIO_InitStruct 结构体中的 GPIO_Speed 成员变量为 50MHz
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

// 设置 GPIO_InitStruct 结构体中的 GPIO_OType 成员变量为推挽输出
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

// 设置 GPIO_InitStruct 结构体中的 GPIO_PuPd 成员变量为无上下拉电阻
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;

// 调用 GPIO_Init 函数，将 GPIOB 第 5 个引脚的配置设置为 GPIO_InitStruct 中的值
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

//恢复默认值
GPIO_DeInit(GPIOB);

4.2 设置输出电平函数

4.2.1 将指定引脚设置为指定电平

函数声明如下：

void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);

GPIOx：GPIO 寄存器组，例如 GPIOA、GPIOB 等。
GPIO_Pin：要操作的 GPIO 引脚编号，可以使用宏定义 GPIO_Pin_x（x 表示引脚编号）来指定某个具体的引脚。
BitVal：要设置的 GPIO 引脚的输出值，可以是 Bit_SET 或 Bit_RESET。

使用方法：将 GPIOB 的第 5 个引脚设置为高电平：

GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_5, Bit_SET);

注意：使用该函数前必须先初始化对应的 GPIO 引脚，通常使用 GPIO_Init 函数完成初始化。

4.2.2 将指定引脚设置为高电平

函数声明如下：

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

GPIOx：要操作的GPIO端口，可以是GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF或GPIOG。
GPIO_Pin：要设置为高电平的引脚编号，取值范围为0-15。

使用方法：将PA5引脚设置为高电平：

GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);

4.2.3 将指定引脚设置为低电平

函数声明如下：

void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

GPIOx：要操作的GPIO端口，可以是GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF或GPIOG。
GPIO_Pin：要设置为低电平的引脚编号，取值范围为0-15。

使用方法：将PA5引脚设置为低电平：

GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);

4.2.4 将指定端口所有引脚设置为指定值

函数声明如下：

void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);

GPIOx：要操作的GPIO端口，可以是GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF或GPIOG。
PortVal：要输出的值，取值范围为0到FFFF（16位）。

使用方法：将PA0~PA7引脚全部设置为高电平：

GPIO_Write(GPIOA, 0xFF);

4.3 读取输入输出状态函数

4.3.1 读取指定GPIO端口和引脚号对应的输入状态

函数声明如下：

uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

GPIOx：GPIO端口号（例如GPIOA、GPIOB等）。
GPIO_Pin：引脚号（例如GPIO_Pin_0、GPIO_Pin_1等）。
函数返回值为uint8_t类型。

实际使用时，要先对GPIO对应的端口和引脚配置为输入模式，然后才能正确读取其输入状态。
使用方法：读取PB2的输入状态：

// 配置PB2为输入模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

// 读取PB2的输入状态
uint8_t input_status = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_2);

首先将PB2配置为上拉输入模式，然后调用GPIO_ReadInputDataBit函数读取PB2的输入状态，并将结果存储在input_status变量中。如果PB2为高电平，则input_status为1；如果PB2为低电平，则input_status为0。

4.3.2 读取指定GPIO端口的输入数据

函数声明如下：

uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);

GPIOx：可以是A、B、C、D、E、F或G端口之一。
返回值是一个16位的无符号整数，表示指定GPIO端口上各个引脚的电平状态（1为高电平，0为低电平）。

使用方法：读取GPIOB端口的输入数据，保存在16位变量input_data中：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义GPIO初始化结构体
uint16_t input_data; //定义用于存储读取到的GPIO输入数据的变量

//配置GPIOB.5为输入引脚
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

  //读取GPIOB端口的输入数据
  input_data = GPIO_ReadInputData(GPIOB);

此时通过观察input_data变量的第五位二进制数可以得到PB5的引脚状态。

4.3.3 读取指定GPIO端口的指定引脚的输出状态

函数声明如下：

uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

GPIOx：要访问的GPIO端口。
GPIO_Pin：要读取状态的引脚。
函数返回值为一个无符号8位整数（uint8_t），表示指定引脚的状态，如果该引脚为高电平，则返回1，否则返回0。

使用方法：读取PA0引脚的状态：

uint8_t PA0_state;

    // 将PA0配置为输入引脚
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 设置上拉输入模式
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz; // 速度设置为2MHz
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 读取PA0的状态
    PA0_state = GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0);

4.3.4 读取指定GPIO端口的输出数据

函数声明如下：

uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);

GPIOx ：指定要读取的GPIO端口。
返回值是一个16位的无符号整数，表示指定GPIO端口上各个引脚的电平状态（1为高电平，0为低电平）。

使用方法：读取GPIOB端口的输出数据，保存在16位变量output_data中：

// 初始化GPIO模块并配置引脚
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // 使能GPIOB时钟
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6; // 配置第5和第6引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 配置为推挽输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 输出速度设置为50MHz
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); // 应用上述配置

    // 写入输出数据
    GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_5, Bit_SET); // 设置第5引脚输出高电平
    GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_6, Bit_RESET); // 设置第6引脚输出低电平

    // 读取输出数据
    uint16_t output_data;
    output_data = GPIO_ReadOutputData(GPIOB); // 将GPIOB端口的输出数据读取到 output_data 变量中

设置GPIOB端口的第5引脚输出高电平，第6引脚输出低电平，此时output_data变量的第五位和第六位分别为1和0。

5. GPIO实验

代码实现在注释中已详细解释。

5.1 跑马灯实验

实现开发板上两个LED灯实现跑马灯的效果。
LED硬件电路如下：

根据硬件电路图知，两个LED灯对应的IO引脚分别为PortB5，PortB5，当两个引脚为低电平时，二极管导通；当两个引脚为高电平时，二极管截止，因此对这两个IO引脚设置高低电平变化即可。
led.h文件内容如下：

#ifndef __LED_H
#define __LED_H	 
#include "sys.h"

#define LED0_OFF GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5)		// PB5灭
#define LED0_ON GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5)		// PB5亮

#define LED1_OFF GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_5)		// PE5灭	
#define LED1_ON GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_5)		// PE5亮	

void LED_Init(void);//初始化
		 				    
#endif

led.c文件内容如下：

#include "led.h"

//初始化PB5和PE5为输出口.并使能这两个口的时钟		    
//LED IO初始化
void LED_Init(void)
{
 
 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
 	
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);	 //使能PB,PE端口时钟
	
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;				 //LED0-->PB.5 端口配置
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		 //IO口速度为50MHz
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化GPIOB.5
 GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);						 //PB.5 输出高

 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;	    		 //LED1-->PE.5 端口配置, 推挽输出
 GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);	  				 //推挽输出 ，IO口速度为50MHz
 GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 						 //PE.5 输出高 
}

main.c文件内容如下：

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"

 int main(void)
 {	
	delay_init();	    //延时函数初始化	  
	LED_Init();		  	//初始化与LED连接的硬件接口
	while(1)
	{
		LED0_OFF;
		LED1_ON;
		delay_ms(300);	 //延时300ms
		LED0_ON;
		LED1_OFF;
		delay_ms(300);	//延时300ms
	}
 }

5.2 蜂鸣器实验

实现开发板上蜂鸣器发声，并用一个指示灯LED0指示蜂鸣器正在发声。
蜂鸣器硬件电路如下：

根据硬件电路图可知，当 Port8 输出高电平的时候，蜂鸣器将发声，当 Port8 输出低电平的时候，蜂鸣器停止发声。因此对该IO引脚设置高低电平变化即可。
beep.h文件内容如下：

#ifndef __BEEP_H
#define __BEEP_H	 
#include "sys.h"

#define LED0_OFF GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5)            // PB5灭
#define LED0_ON GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5)           // PB5亮

//蜂鸣器端口定义
#define BEEP_ON GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_8)	            // BEEP发声		   
#define BEEP_OFF GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_8)	        // BEEP停止发声		   

void BEEP_Init(void);	//蜂鸣器初始化
void LED_Init(void);    //LEDO初始化
		 				    
#endif

led.c文件内容如下：

#include "beep.h"
//初始化PB8为输出口.并使能这个口的时钟		    
//蜂鸣器初始化
void BEEP_Init(void)
{
 
 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
 	
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);	 //使能GPIOB端口时钟
 
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;				 //BEEP-->PB.8 端口配置
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;	 //速度为50MHz
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);	 //根据参数初始化GPIOB.8
 
 GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);//输出0，关闭蜂鸣器输出

}

void LED_Init(void)
{
 
 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
 	
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);	 //使能PB端口时钟
	
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;				 //LED0-->PB.5 端口配置
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		 //IO口速度为50MHz
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化GPIOB.5
 GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);						 //PB.5 输出高
}

main.c文件内容如下：

#include "sys.h"	
#include "delay.h"	
#include "beep.h" 

 int main(void)
 {
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	LED_Init();		  	 	 //初始化与LED连接的硬件接口
	BEEP_Init();         	 //初始化蜂鸣器端口
	while(1)
	{
		LED0_ON;
		BEEP_ON;		  
		delay_ms(300);//延时300ms
		LED0_OFF;	  
		BEEP_OFF;  
		delay_ms(300);//延时300ms
	}
 }

5.3 按键输入实验

使用开发板上三个按键控制两LED灯亮灭和一个蜂鸣器发声。
按键硬件电路如下：

根据硬件电路图可知，当WK_UP为高电平时，按键按下才有效；当KEY0和KEY1为低电平时，按键按下才有效。并且外部都没有上下拉电阻，所以，需要在内部设置上下拉。
led.h文件内容如下：

#ifndef __LED_H
#define __LED_H	 
#include "sys.h"
//LED电平翻转
//这里Bit_RESET实际值为0，类型为BitAction结构体，只需用1-GPIO_ReadOutputDataBit函数读到的电平值即可
//当GPIO_ReadOutputDataBit读到高电平返回值为1，那么1-GPIO_ReadOutputDataBit为0对应即为Bit_RESET，再用GPIO_WriteBit即可实现电平翻转
//当GPIO_ReadOutputDataBit读到低电平返回值为0，那么1-GPIO_ReadOutputDataBit为1对应即为Bit_SET，再用GPIO_WriteBit即可实现电平翻转
#define _LED0_ GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_5, (BitAction)(1 - GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_5)))// PB5
#define _LED1_ GPIO_WriteBit(GPIOE, GPIO_Pin_5, (BitAction)(1 - GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOE, GPIO_Pin_5)))// PE5	

void LED_Init(void);//初始化
		 				    
#endif

led.c文件内容如下：

#include "led.h"  

//初始化PB5和PE5为输出口.并使能这两个口的时钟		    
//LED IO初始化
void LED_Init(void)
{
 
 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
 	
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);	 //使能PB,PE端口时钟
	
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;				 //LED0-->PB.5 端口配置
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		 //IO口速度为50MHz
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化GPIOB.5
 GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);						 //PB.5 输出高

 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;	    		 //LED1-->PE.5 端口配置, 推挽输出
 GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);	  				 //推挽输出 ，IO口速度为50MHz
 GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 						 //PE.5 输出高 
}

beep.h文件内容如下：

#ifndef __BEEP_H
#define __BEEP_H	 
#include "sys.h"
//蜂鸣器电平翻转，与led电平翻转相同
#define _beep_ GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_8, (BitAction)(1 - GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_8)))

void BEEP_Init(void);	//初始化
		 				    
#endif

beep.c文件内容如下：

#include "beep.h"
//初始化PB8为输出口.并使能这个口的时钟		    
//蜂鸣器初始化
void BEEP_Init(void)
{
 
 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
 	
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);	 //使能GPIOB端口时钟
 
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;				 //BEEP-->PB.8 端口配置
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;	 //速度为50MHz
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);	 //根据参数初始化GPIOB.8
 
 GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);//输出0，关闭蜂鸣器输出
}

key.h文件内容如下：

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H	 
#include "sys.h"

#define KEY0  GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_4)//读取按键0
#define KEY1  GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_3)//读取按键1
#define WK_UP   GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0)//读取按键3(WK_UP) 

#define KEY0_PRES 	1	//KEY0按下
#define KEY1_PRES	2	//KEY1按下
#define WKUP_PRES   3	//KEY_UP按下(即WK_UP/KEY_UP)

void KEY_Init(void);//IO初始化
u8 KEY_Scan(u8);  	//按键扫描函数					    
#endif

key.c文件内容如下：

#include "stm32f10x.h"
#include "key.h"
#include "sys.h" 
#include "delay.h"
								    
//按键初始化函数
void KEY_Init(void) //IO初始化
{ 
 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE);//使能PORTA,PORTE时钟

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_3;//KEY0-KEY1
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //设置成上拉输入
 	GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOE4,3

	//初始化 WK_UP-->GPIOA.0	  下拉输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0设置成输入，默认下拉	  
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.0

}
//按键处理函数
//返回按键值
//mode:0,不支持连续按;1,支持连续按;
//0，没有任何按键按下
//1，KEY0按下
//2，KEY1按下
//3，KEY3按下 WK_UP
//注意此函数有响应优先级,KEY0>KEY1>KEY_UP!!
u8 KEY_Scan(u8 mode)
{	 
	static u8 key_up=1;//按键按松开标志
	if(mode)key_up=1;  //支持连按		  
	if(key_up&&(KEY0==0||KEY1==0||WK_UP==1))
	{
		delay_ms(10);//去抖动 
		key_up=0;
		if(KEY0==0)return KEY0_PRES;
		else if(KEY1==0)return KEY1_PRES;
		else if(WK_UP==1)return WKUP_PRES;
	}else if(KEY0==1&&KEY1==1&&WK_UP==0)key_up=1; 	    
 	return 0;// 无按键按下
}

main.c文件内容如下：

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "beep.h"

 int main(void)
 {
 	vu8 key=0;	
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口
	BEEP_Init();         	//初始化蜂鸣器端口
	KEY_Init();         	//初始化与按键连接的硬件接口
	while(1)
	{
 		key=KEY_Scan(0);	//得到键值
	   	if(key)
		{						   
			switch(key)
			{				 
				case WKUP_PRES:	//控制蜂鸣器
					_beep_;     //蜂鸣器翻转
					break; 
				case KEY1_PRES:	//控制LED1翻转	 
					_LED1_;     //LED1翻转
					break;
				case KEY0_PRES:	//同时控制LED0,LED1翻转 
					_LED0_;     //LED0翻转
					_LED1_;     //LED1翻转
					break;
			}
		}else delay_ms(10); 
	}	 
}

posted @ 2023-04-30 14:17 码上芯路人阅读(1282) 评论(0) 收藏举报

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码上芯路人

【STM32库函数】GPIO详解

1. GPIO简介

2. GPIO的八种工作模式

2.1 输入浮空模式（Floating Input Mode）

2.2 输入上拉模式（Input with Pull-up Mode）

2.3 输入下拉模式（Input with Pull-down Mode）

2.4 模拟输入模式（Analog Input Mode）

2.5 开漏输出模式（Open-drain Output Mode）

2.6 推挽输出模式（Push-pull Output Mode）

2.7 开漏式复用功能模式（Open-drain Alternate Function Mode）

2.8 推挽式复用功能模式（Push-pull Alternate Function Mode）

3. GPIO寄存器

3.1 2 个 32位端口配置寄存器(CRL 和 CRH)

3.2 2 个 32 位端口数据寄存器(IDR 和 ODR)

3.3 1 个 32 位端口置位/复位寄存器(BSRR)

3.4 1 个 16 位端口复位寄存器(BRR)

3.5 1 个 32 位端口锁定寄存器 (LCKR)

3.5 GPIO寄存器地址映象

4. GPIO库函数

4.1 初始化函数

4.1.1 初始化GPIO_InitTypeDef结构体为默认值

4.1.2 将指定GPIO端口配置为指定参数

4.1.3 将指定的GPIO外设寄存器初始化为默认值

4.2 设置输出电平函数

4.2.1 将指定引脚设置为指定电平

4.2.2 将指定引脚设置为高电平

4.2.3 将指定引脚设置为低电平

4.2.4 将指定端口所有引脚设置为指定值

4.3 读取输入输出状态函数

4.3.1 读取指定GPIO端口和引脚号对应的输入状态

4.3.2 读取指定GPIO端口的输入数据

4.3.3 读取指定GPIO端口的指定引脚的输出状态

4.3.4 读取指定GPIO端口的输出数据

5. GPIO实验

5.1 跑马灯实验

5.2 蜂鸣器实验

5.3 按键输入实验

公告