GPIO的输入输出

GPIO输入和输出

简介

每个GPI/O端口有两个32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)，两个32位数据寄存器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)，一个32位置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR)，一个16位复位寄存器(GPIOx_BRR)和一个32位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)

GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式。

输入模式有：输入浮空、输入上拉、输入下拉、模拟输入。

输出模式有：开漏输出、推挽式输出、推挽式复用功能、开漏复用功能。

每个I/O端口位可以自由编程，然而必须按照32位字访问I/O端口寄存器(不允许半字或字节访问)。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允许对任何GPIO寄存器进行读/更改的独立访问；这样，在读和更改访问之间产生IRQ时不会发生危险。

I/O端口位的基本结构

如果把VDD换成VDD_FT，那么这个I/O口式5V的I/O口，否则式3.3V的。VDD_FT 对5伏容忍I/O脚是特殊的，它与VDD不同。

端口位配置及寄存器

MODE[1:0]	意义
00	保留
01	最大输出速度为 10MHz
10	最大输出速度为 2MHz
11	最大输出速度为 50MHz

端口配置低寄存器(GPIOx_CRL) (x=A..E)

位域范围	含义说明
位 31:30 27:26 23:22 19:18 15:14 11:10 7:6 3:2	CNFy[1:0]：端口 x 配置位 (y = 0…7)软件通过这些位配置相应的 I/O 端口。在输入模式 (MODE [1:0]=00)： 00：模拟输入模式 01：浮空输入模式 (复位后的状态) 10：上拉 / 下拉输入模式 11：保留在输出模式 (MODE [1:0]>00)： 00：通用推挽输出模式 01：通用开漏输出模式 10：复用功能推挽输出模式 11：复用功能开漏输出模式
位 29:28 25:24 21:20 17:16 13:12 9:8 5:4 1:0	MODEy[1:0]：端口 x 的模式位 (y = 0…7)软件通过这些位配置相应的 I/O 端口。 00：输入模式 (复位后的状态) 01：输出模式，最大速度 10MHz 10：输出模式，最大速度 2MHz 11：输出模式，最大速度 50MHz

位域范围

含义说明

位 31:30
27:26
23:22
19:18
15:14
11:10
7:6
3:2

CNFy[1:0]：端口 x 配置位 (y = 0…7)软件通过这些位配置相应的 I/O 端口。
在输入模式 (MODE [1:0]=00)：
00：模拟输入模式
01：浮空输入模式 (复位后的状态)
10：上拉 / 下拉输入模式
11：保留
在输出模式 (MODE [1:0]>00)：
00：通用推挽输出模式
01：通用开漏输出模式
10：复用功能推挽输出模式
11：复用功能开漏输出模式

位 29:28
25:24
21:20
17:16
13:12
9:8
5:4
1:0

MODEy[1:0]：端口 x 的模式位 (y = 0…7)软件通过这些位配置相应的 I/O 端口。
00：输入模式 (复位后的状态)
01：输出模式，最大速度 10MHz
10：输出模式，最大速度 2MHz
11：输出模式，最大速度 50MHz

端口配置高寄存器(GPIOx_CRH) (x=A..E)

这个的功能同上，只是这个寄存器配置的式GPIO端口的高八位(8到15).

端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR) (x=A..E)

位域范围	含义说明
位 31:16	保留，始终读为 0。
位 15:0	IDRy[15:0]：端口输入数据 (y = 0…15) (Port input data)这些位为只读并只能以字 (16 位) 的形式读出。读出的值为对应 I/O 口的状态。

端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR) (x=A..E)

位域范围	含义说明
位 31:16	保留，始终读为 0。
位 15:0	ODRy[15:0]：端口输出数据 (y = 0…15) (Port output data)这些位可读可写并只能以字 (16 位) 的形式操作。注：对 GPIOx_BSRR (x = A…E)，可以分别地对各个 ODR 位进行独立的设置 / 清除。

端口位设置/清除寄存器(GPIOx_BSRR) (x=A..E)

位域范围	含义说明
位 31:16	BRy: 清除端口 x 的位 y (y = 0…15) (Port x Reset bit y) 这些位只能写入并只能以字 (16 位) 的形式操作。 0：对对应的 ODRy 位不产生影响 1：清除对应的 ODRy 位为 0 注：如果同时设置了 BSy 和 BRy 的对应位，BSy 位起作用。
位 15:0	BSy: 设置端口 x 的位 y (y = 0…15) (Port x Set bit y) 这些位只能写入并只能以字 (16 位) 的形式操作。 0：对对应的 ODRy 位不产生影响 1：设置对应的 ODRy 位为 1

端口位清除寄存器(GPIOx_BRR) (x=A..E)

位域范围	含义说明
位 31:16	保留。
位 15:0	BRy: 清除端口 x 的位 y (y = 0…15) (Port x Reset bit y) 这些位只能写入并只能以字 (16 位) 的形式操作。 0：对对应的 ODRy 位不产生影响 1：清除对应的 ODRy 位为 0

这个寄存器（BRR）是专门用于原子清除GPIO 输出位的寄存器，配合 BSRR 寄存器可以实现对 GPIO 引脚的安全、无竞态操作，个人感觉使用BRR寄存器进行位清除，BSRR进行位设置这样会更方便。

输入配置

当I/O端口配置为输入时：

● 输出缓冲器被禁止

● 施密特触发输入被激活

● 根据输入配置(上拉，下拉或浮动)的不同，弱上拉和下拉电阻被连接

● 出现在I/O脚上的数据在每个APB2时钟被采样到输入数据寄存器

● 对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态

输出配置

当I/O端口被配置为输出时：

● 输出缓冲器被激活

─ 开漏模式：输出寄存器上的’0’激活N-MOS，而输出寄存器上的’1’将端口置于高阻状态(PMOS从不被激活)。

─ 推挽模式：输出寄存器上的’0’激活N-MOS，而输出寄存器上的’1’将激活P-MOS。

● 施密特触发输入被激活

● 弱上拉和下拉电阻被禁止

● 出现在I/O脚上的数据在每个APB2时钟被采样到输入数据寄存器

● 在开漏模式时，对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态

● 在推挽式模式时，对输出数据寄存器的读访问得到最后一次写的值。

复用功能配置

当I/O端口被配置为复用功能时：

● 在开漏或推挽式配置中，输出缓冲器被打开

● 内置外设的信号驱动输出缓冲器(复用功能输出)

● 施密特触发输入被激活

● 弱上拉和下拉电阻被禁止

● 在每个APB2时钟周期，出现在I/O脚上的数据被采样到输入数据寄存器

● 开漏模式时，读输入数据寄存器时可得到I/O口状态

● 在推挽模式时，读输出数据寄存器时可得到最后一次写的值

一组复用功能I/O寄存器允许用户把一些复用功能重新映象到不同的引脚

模拟输入配置

当I/O端口被配置为模拟输入配置时：

● 输出缓冲器被禁止；

● 禁止施密特触发输入，实现了每个模拟I/O引脚上的零消耗。施密特触发输出值被强置为’0’；

● 弱上拉和下拉电阻被禁止；

● 读取输入数据寄存器时数值为’0’。

标准库的使用

一、STM32 标准库 GPIO 配置核心概念

STM32 标准库把 GPIO 的配置封装成了结构化的函数和宏定义，核心是通过GPIO_InitTypeDef结构体定义引脚参数，再调用GPIO_Init()函数完成配置。

1. 核心结构体：GPIO_InitTypeDef

这是配置 GPIO 的核心结构体，所有引脚参数都通过它设置：

typedef struct
{
    uint16_t GPIO_Pin;           // 选择要配置的GPIO引脚
    GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;// 配置输出速度（仅输出模式有效）
    GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;  // 配置GPIO工作模式（打包了输入/输出/上下拉/开漏推挽）
}GPIO_InitTypeDef;

2. 关键参数

枚举类型	可选值（常用）	含义说明
GPIO_Pin	GPIO_Pin_0 ~ GPIO_Pin_15	指定要配置的引脚
GPIO_Mode	GPIO_Mode_AIN（模拟输入）	模拟输入模式（对应寄存器 MODE [1:0]=00，CNF [1:0]=00）
	GPIO_Mode_IN_FLOATING（浮空输入）	浮空输入模式（对应寄存器 MODE [1:0]=00，CNF [1:0]=01）
	GPIO_Mode_IPU（上拉输入）	上拉输入模式（对应寄存器 MODE [1:0]=00，CNF [1:0]=10）
	GPIO_Mode_IPD（下拉输入）	下拉输入模式（对应寄存器 MODE [1:0]=00，CNF [1:0]=10）
	GPIO_Mode_Out_PP（通用推挽输出）	通用推挽输出（对应寄存器 MODE [1:0]>00，CNF [1:0]=00）
	GPIO_Mode_Out_OD（通用开漏输出）	通用开漏输出（对应寄存器 MODE [1:0]>00，CNF [1:0]=01）
	GPIO_Mode_AF_PP（复用推挽输出）	复用推挽输出（对应寄存器 MODE [1:0]>00，CNF [1:0]=10）
	GPIO_Mode_AF_OD（复用开漏输出）	复用开漏输出（对应寄存器 MODE [1:0]>00，CNF [1:0]=11）
GPIO_Speed	GPIO_Speed_2MHz	低速（对应寄存器 MODE [1:0]=10）
	GPIO_Speed_10MHz	中速（对应寄存器 MODE [1:0]=01）
	GPIO_Speed_50MHz	高速（对应寄存器 MODE [1:0]=11）

二、标准库 GPIO 配置完整步骤

以 “配置 PA0 为上拉输入、PB0 为推挽输出（50MHz）” 为例，展示完整配置流程：

#include "stm32f10x.h" 

void GPIO_Config(void)
{
    // 1. 使能GPIO外设时钟（必须！STM32外设默认关闭时钟）
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

    // 2. 配置PA0：上拉输入模式
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;          // 选择PA0引脚
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;      // 上拉输入
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;  // 输入模式下Speed无意义，随便赋值即可
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);             // 应用配置到GPIOA

    // 3. 配置PB0：推挽输出，50MHz
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;          // 选择PB0引脚
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   // 推挽输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  // 高速（50MHz）
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);             // 应用配置到GPIOB
}

// 主函数测试
int main(void)
{
    GPIO_Config();  // 初始化GPIO

    while(1)
    {
        // 读取PA0输入电平
        if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == Bit_SET)
        {
            GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);  // PB0置1（高电平，原子操作）
        }
        else
        {
            GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); // PB0置0（低电平，原子操作）
        }
    }
}

3. 常用 GPIO 操作函数

函数名	功能说明	示例
GPIO_ReadInputDataBit()	读取单个输入引脚电平	GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0)
GPIO_ReadInputData()	读取整个 GPIO 端口的输入电平（16 位）	GPIO_ReadInputData(GPIOA)
GPIO_ReadOutputDataBit()	读取单个输出引脚电平	GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0)
GPIO_SetBits()	置位输出引脚（原子操作，对应 BSRR 寄存器）	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0)
GPIO_ResetBits()	复位输出引脚（原子操作，对应 BRR 寄存器）	GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0)
GPIO_WriteBit()	写单个输出引脚电平	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_0, Bit_SET)
GPIO_Write()	写整个 GPIO 端口的输出电平（16 位）	GPIO_Write(GPIOB, 0x0001)

三、配置注意事项

时钟使能：STM32 所有外设（包括 GPIO）默认关闭时钟，必须先调用RCC_APB2PeriphClockCmd()使能对应 GPIO 端口的时钟（F1 系列 GPIO 均在 APB2 总线）。
参数匹配：

输入模式（AIN/IN_FLOATING/IPU/IPD）下，GPIO_Speed参数无实际作用，但必须赋值（否则编译警告）；
输出模式（Out_PP/Out_OD/AF_PP/AF_OD）下，GPIO_Speed决定引脚响应速度，建议高频场景用GPIO_Speed_50MHz；

原子操作：优先使用GPIO_SetBits()/GPIO_ResetBits()（操作 BSRR/BRR 寄存器），而非直接修改 ODR，避免 “读 - 改 - 写” 竞态条件。

总结

GPIO 配置核心是GPIO_InitTypeDef结构体，仅需配置GPIO_Pin、GPIO_Speed、GPIO_Mode三个成员，按 “时钟使能→配置结构体→调用 GPIO_Init ()” 三步完成；
GPIO_Mode是打包好的枚举值，直接对应 “输入 / 输出 + 上下拉 / 开漏推挽”；
输入模式下GPIO_Speed仅需占位赋值，输出模式按需选择速度，操作输出引脚优先用原子函数保证稳定性。

Hal库的使用

hal库可以基于cubemx进行图形化配置，输入和输出均可直接对引脚进行对应的图形化配置，但是这个复用输出等需要到相应的引脚去点击配置。

需要自行选择对应的功能，这个可以省去自己写初始化函数的步骤。

常用函数

函数名	功能说明	示例（CubeMX 配置后直接用）
`HAL_GPIO_ReadPin()`	读取单个引脚电平（输入模式）	`HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0)`
`HAL_GPIO_WritePin()`	写单个引脚电平（输出模式，原子操作）	`HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET)`（置 1） `HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET)`（置 0）
`HAL_GPIO_TogglePin()`	翻转引脚电平（输出模式，原子操作）	`HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_0)`
`HAL_GPIO_LockPin()`	锁定引脚配置（防止意外修改）	`HAL_GPIO_LockPin(GPIOA, GPIO_PIN_0)`

posted @ 2026-02-18 10:10 野云闲出眠阅读(1) 评论(0) 收藏举报

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GPIO的输入输出

GPIO输入和输出

简介

I/O端口位的基本结构

端口位配置及寄存器

端口配置低寄存器(GPIOx_CRL) (x=A..E)

端口配置高寄存器(GPIOx_CRH) (x=A..E)

端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR) (x=A..E)

端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR) (x=A..E)

端口位设置/清除寄存器(GPIOx_BSRR) (x=A..E)

端口位清除寄存器(GPIOx_BRR) (x=A..E)

输入配置

输出配置

复用功能配置

模拟输入配置

标准库的使用

一、STM32 标准库 GPIO 配置核心概念

1. 核心结构体：GPIO_InitTypeDef

2. 关键参数

二、标准库 GPIO 配置完整步骤

3. 常用 GPIO 操作函数

三、配置注意事项

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