第2章 GPIO介绍及应用

第二章 GPIO介绍及应用

1. GPIO简介

GPIO 是通用输入输出端口的简称，简单来说就是 STM32 可控制的引脚， STM32 芯片的 GPIO 引脚与外部设备连接起来，从而实现与外部通讯、控制以及数据采集的功能。 STM32 芯片的 GPIO被分成很多组，每组有 16 个引脚，如型号为 STM32F103VET6 型号的芯片有 GPIOA、 GPIOB、GPIOC 至 GPIOE 共 5 组 GPIO，芯片一共 100 个引脚，其中 GPIO 就占了一大部分，所有的 GPIO引脚都有基本的输入输出功能。

最基本的输出功能是由 STM32 控制引脚输出高、低电平，实现开关控制，如把 GPIO 引脚接入到 LED 灯，那就可以控制 LED 灯的亮灭，引脚接入到继电器或三极管，那就可以通过继电器或三极管控制外部大功率电路的通断。

最基本的输入功能是检测外部输入电平，如把 GPIO 引脚连接到按键，通过电平高低区分按键是否被按下。

2. GPIO工作模式

总结一下，由 GPIO 的结构决定了 GPIO 可以配置成以下模式：

typedef enum
{
    GPIO_Mode_AIN = 0x0, // 模拟输入
    GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04, // 浮空输入
    GPIO_Mode_IPD = 0x28, // 下拉输入
    GPIO_Mode_IPU = 0x48, // 上拉输入
    GPIO_Mode_Out_OD = 0x14, // 开漏输出    
    GPIO_Mode_Out_PP = 0x10, // 推挽输出
    GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C, // 复用开漏输出
    GPIO_Mode_AF_PP = 0x18 // 复用推挽输出
} GPIOMode_TypeDef;

在标准库中， GPIO 总共有 8 种细分的工作模式，稍加整理可以大致归类为以下三类：

2.2.1 输入模式（模拟/浮空/上拉/下拉）

在输入模式时，施密特触发器打开，输出被禁止，可通过输入数据寄存器 GPIOx_IDR 读取 I/O 状态。其中输入模式，可设置为上拉、下拉、浮空和模拟输入四种。上拉和下拉输入很好理解，默认的电平由上拉或者下拉决定。浮空输入的电平是不确定的，完全由外部的输入决定，一般接按键的时候用的是这个模式。模拟输入则用于 ADC 采集。

2.2.2 输出模式（推挽/开漏）

在输出模式中，推挽模式时双 MOS 管以轮流方式工作，输出数据寄存器 GPIOx_ODR 可控制 I/O输出高低电平。开漏模式时，只有 N-MOS 管工作，输出数据寄存器可控制 I/O 输出高阻态或低电平。输出速度可配置，有 2MHz10MHz50MHz 的选项。此处的输出速度即 I/O 支持的高低电平状态最高切换频率，支持的频率越高，功耗越大，如果功耗要求不严格，把速度设置成最大即可

在输出模式时施密特触发器是打开的，即输入可用，通过输入数据寄存器 GPIOx_IDR 可读取 I/O的实际状态。

2.2.3 复用功能（推挽/开漏）

复用功能模式中，输出使能，输出速度可配置，可工作在开漏及推挽模式，但是输出信号源于其它外设，输出数据寄存器 GPIOx_ODR 无效；输入可用，通过输入数据寄存器可获取 I/O 实际状态，但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号。

3. GPIO使用示例

3.1 GPIO输出-点亮LED

屏幕截图 20250526 213933png

3.1.1 led相关参数宏定义

#ifndef __LED_H__
#define __LED_H__

#include "stm32f10x.h"

#define LED_GPIO_Port GPIOB
#define LED_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB
#define RED_LED_Pin GPIO_Pin_5
#define GREEN_LED_Pin GPIO_Pin_0
#define BLUE_LED_Pin GPIO_Pin_1

#define LED_ON(x)    GPIO_SetBits(LED_GPIO_Port, (x))
#define LED_OFF(x)   GPIO_ResetBits(LED_GPIO_Port, (x))

#endif /* __LED_H__ */

3.1.2 GPIO初始化

#include "led.h"

void BSP_LED_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(LED_GPIO_CLK, ENABLE); // 打开GPIO时钟

    // 初始化红色 LED 引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = RED_LED_Pin; // 选择引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 输出速度
    GPIO_Init(LED_GPIO_Port, &GPIO_InitStructure);

    // 初始化绿色 LED 引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GREEN_LED_Pin;
    GPIO_Init(LED_GPIO_Port, &GPIO_InitStructure);

    // 初始化蓝色 LED 引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BLUE_LED_Pin;
    GPIO_Init(LED_GPIO_Port, &GPIO_InitStructure);

    // 初始LED全灭
    LED_OFF(RED_LED_Pin);
    LED_OFF(GREEN_LED_Pin);
    LED_OFF(BLUE_LED_Pin);
}

3.1.3 主函数测试

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"

#define led_delay delay(0x0FFFFF);

void delay(__IO uint32_t nCount)
{
    for(; nCount != 0; nCount--);
}

int main()
{
    BSP_LED_Init();
    while(1)
    {
        LED_ON(RED_LED_Pin);
        led_delay;
        LED_OFF(RED_LED_Pin);
        led_delay;
        LED_ON(GREEN_LED_Pin);
        led_delay;
        LED_OFF(GREEN_LED_Pin);
        led_delay;
        LED_ON(BLUE_LED_Pin);
        led_delay;
        LED_OFF(BLUE_LED_Pin);
        led_delay;
    }
}

3.2 GPIO输出-控制蜂鸣器

屏幕截图 20250527 105946png

3.2.1 蜂鸣器相关参数宏定义

#ifndef __BEEP_H__
#define __BEEP_H__ 

#include "stm32f10x.h"

#define Beep_GPIO_Port GPIOA
#define Beep_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOA
#define Beep_GPIO_Pin GPIO_Pin_8

#define BEEP_ON() GPIO_SetBits(Beep_GPIO_Port, Beep_GPIO_Pin)
#define BEEP_OFF() GPIO_ResetBits(Beep_GPIO_Port, Beep_GPIO_Pin)

void BSP_Beep_Init(void);

#endif /* __BEEP_H__ */

3.2.2 GPIO初始化

#include "beep.h"

void BSP_Beep_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(Beep_GPIO_CLK, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = Beep_GPIO_Pin;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(Beep_GPIO_Port, &GPIO_InitStructure);
    BEEP_OFF();
}

3.2.3 主函数测试

#include "stm32f10x.h"
#include "beep.h"

#define beep_delay delay(0x0FFFFF);

void delay(__IO uint32_t nCount)
{
    for(; nCount != 0; nCount--);
}

int main()
{
    BSP_Beep_Init();
    while(1)
    {
        BEEP_ON();
        beep_delay;
        BEEP_OFF();
        beep_delay;
    }
}

3.3 GPIO输入-按键控制LED

屏幕截图 20250527 130231png

3.3.1 按键相关参数宏定义

#ifndef __KEY_H__
#define __KEY_H__

#include "stm32f10x.h"

#define KEY1_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOA
#define KEY1_GPIO_Port GPIOA
#define KEY1_GPIO_Pin GPIO_Pin_0
#define KEY2_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOC
#define KEY2_GPIO_Port GPIOC
#define KEY2_GPIO_Pin GPIO_Pin_13

#define KEY_OFF 0
#define KEY_ON 1

void BSP_KEY_Init(void);
uint8_t KEY_Scan(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

#endif /* __KEY_H__ */

3.3.2 GPIO初始化

void BSP_KEY_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(KEY1_GPIO_CLK|KEY2_GPIO_CLK, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY1_GPIO_Pin;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 浮空输入
    GPIO_Init(KEY1_GPIO_Port, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY2_GPIO_Pin;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(KEY2_GPIO_Port, &GPIO_InitStructure);
}

3.3.3 按键扫描函数

uint8_t KEY_Scan(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin) == KEY_ON) // 读取按键电平
    {
        while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin) == KEY_ON); // 判断按键是否长时间按下
        return KEY_ON;
    }
    else
    {
        return KEY_OFF;
    }
}

3.3.4 主函数测试

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "key.h"

int main()
{
    BSP_LED_Init();
    BSP_KEY_Init();
    while(1)
    {
        if(KEY_Scan(KEY1_GPIO_Port, KEY1_GPIO_Pin) == KEY_ON)
        {
            LED_ON(RED_LED_Pin);
        }
        if(KEY_Scan(KEY2_GPIO_Port, KEY2_GPIO_Pin) == KEY_ON)
        {
            LED_OFF(RED_LED_Pin);
        }
    }
}

4. GPIO常见函数（STD库）

4.1 初始化与配置

使能GPIO时钟
使用RCC_APB2PeriphClockCmd()开启对应GPIO端口的时钟：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能GPIOA时钟

GPIO初始化
通过GPIO_Init()配置引脚模式、速度等参数：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;          // 配置PA0
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   // 推挽输出模式
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  // 速度50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);             // 应用配置

4.2 输出操作

设置引脚为高电平
GPIO_SetBits()将指定引脚置高：

GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // PA0输出高电平

设置引脚为低电平
GPIO_ResetBits()将指定引脚置低：

GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // PA0输出低电平

按位写入引脚状态
GPIO_WriteBit()灵活设置单个引脚状态（Bit_SET或Bit_RESET）：

GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_SET); // PA0输出高

写入整个端口
GPIO_Write()一次性设置所有引脚状态：

GPIO_Write(GPIOA, 0x01); // PA0置高，其余置低

4.3 输入操作

读取单个引脚输入状态
GPIO_ReadInputDataBit()获取输入引脚的电平：

uint8_t value = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 读取PA0输入值

读取整个端口输入值
GPIO_ReadInputData()返回端口的16位输入数据：

uint16_t port_value = GPIO_ReadInputData(GPIOA); // 读取GPIOA所有输入引脚

4.4 输出状态读取

读取输出寄存器状态
GPIO_ReadOutputDataBit()和GPIO_ReadOutputData()用于读取输出寄存器的值（可能与实际引脚状态不同）：

uint8_t output_bit = GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 读取PA0输出寄存器状态
uint16_t output_port = GPIO_ReadOutputData(GPIOA);              // 读取GPIOA输出寄存器全部状态

4.5 其他函数

引脚配置锁定
GPIO_PinLockConfig()锁定引脚配置，防止意外修改：

GPIO_PinLockConfig(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 锁定PA0配置

posted @ 2025-05-27 13:26 hazy1k 阅读(54) 评论(0) 收藏举报

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