STM32 GPIO 入门

一、GPIO 外设的概述

1.GPIO 的概念

GPIO（General Purpose Input/Output）外设是微控制器中最基本且最通用的接口，用于与外部设备进行交互。GPIO 引脚的核心功能是作为通用的数字输入或输出，可以通过软件配置为多种工作模式，以满足不同的应用需求，GPIO 引脚需要和外设连接在一起的，就可以和外设实现通信以及采集数据等功能。

2.GPIO 的定义

指的是对芯片的某个引脚进行高低电平的输出，以及可以去检测某个引脚的电平状态。一般电平采用都是 TTL 电平信号，TTL 电平信号规定：+5V 等价于逻辑“1”，0V 等价于逻辑“0”。电平其实有一个电平范围：>2.4V 就表示高电平，<0.4V 就表示低电平。

3.引脚的布局

电源引脚 ：VCC、VDD、VSS、VDDA、VSSA、VREF+等属于电源引脚
晶振引脚 ：PC14、PC15、PH0、PH1 就属于晶振引脚，也可以作为其他的功能使用
复位引脚 ：NRST 属于复位引脚
BOOT 引脚 ：BOOT0 是专用引脚，BOOT1 就属于功能引脚 （设置芯片的自举模式）
GPIO 引脚 ：芯片一共有 144 引脚，但是 GPIO 引脚有 114 个
下载引脚 ：PA13、PA14、PB3、PB4 等都属于下载引脚（JTAG、SWD）

4.引脚的功能

需要注意：芯片的引脚有很多的功能，一般默认的功能都是作为 GPIO（输入输出），但是引脚也有其他的功能，被称为“第二功能”，只有在使用 ADC 通道和 DAC 需要把引脚设置模拟模式，其他情况下想要把引脚当做别的功能使用，需要把引脚设置复用模式。注意:如果想要了解引脚的功能,应该查阅芯片的数据手册!!!!

注意:引脚在芯片复位之后的默认功能一般都是 GPIO 功能,但是并不绝对,所以用户在使用后任何一个引脚的时候都应该查阅芯片数据手册.

二、GPIO 外设的使用

想要学习硬件开发，一般都是从点亮 LED 开始，主要是以基础外设作为入门，掌握外设的控制流程。

(1) 查看原理图，找到控制发光二极管的芯片的 IO 口，LED0 -- PF9 引脚，其他引脚类似！！

(2) 分析原理图，理解硬件的控制原理（复杂外设还需要结合数据手册），输出低电平就亮

(3) 程序设计，根据 ST 公司提供的函数库（标准外设库+HAL 库）的帮助手册学习开发流程

如何使用 GPIO？（以点亮 LED 为例）

/**
******************************************************************************
* @file    led.c 
* @author  qrshxc@163.com
* @version V1.0
* @date    2025.7.21
* @brief   实现MCU的PF9和PF10引脚控制开发板的LED的亮灭
******************************************************************************
**/
#include "stm32f4xx.h"

int main()
{
	/* 定义GPIO外设的结构体变量 */
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
	
	/* 使能GPIOF端口的时钟 */
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);
	
	/* 对PF9引脚进行配置 */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_9;// 引脚编号
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_OUT;           // 输出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;			 // 输出类型
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;       // 输出速度
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_NOPULL;		 // 上下拉电阻
	GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);

	while(1)
	{
		/* 控制PF9和PF10引脚为低电平，则LED灯亮 */
		GPIO_ResetBits(GPIOF, GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10);
	}
}

三、GPIO 外设的细节分析

(1) 定义GPIO 外设的和初始化相关的结构体变量，结构体类型是定义在stm32f4xx_gpio.h

(2) 想要使用GPIO 外设，必须提前打开GPIO 端口外设时钟，需要使用ST 提供的函数，如：打开外设时钟的原因：因为STM32 属于低功耗的MCU，而为了降低功耗，所以STM32 的MCU 在复位之后默认会关闭绝大多数的外设的时钟，所以用户想要使用MCU 内部的某个外
设，就必须打开该外设的时钟（clock）。
想要控制硬件，必须控制硬件的寄存器，而从数字电路的角度讲，寄存器的作用是用于暂存一组二进制数据，比如32bit 的寄存器可以暂存32bit 的数据，原因就是寄存器内部是由一组触发器级联组成的，触发器可以暂存1bit 数据（0 or 1），而触发器在数字电路属于时序
逻辑电路。

时钟相当于外设的开关，不打开时钟，则晶振产生的振荡信号就无法输入到MCU 内部的外设中，则没有时钟信号，触发器无法触发，则触发器无法锁存数据，而寄存器是由N 个触发器组成，所以寄存器就无法工作，而控制硬件，必须通过寄存器实现。

STM32 的MCU 内部有很多外设，每个外设的作用和性能都各不相同，ST 公司为了降低芯片功耗，把不同性能的外设挂载在不同性能的总线上，需要掌握3 条总线：

AHB 高级高性能总线（总线频率是168MHZ）、APB1 高级外设总线（总线频率是42MHZ）、APB2 高级外设总线（总线频率是84MHZ）。而MCU 内部的外设的性能不同，所以就需要把外设挂载到对应的总线，利用总线对外设进行控制。总线和外设的关系就相当于高速公路和汽车的关系，高速公路一般分为快慢车道，每个车道的车速不同，如果汽车的性能较低，则在慢车道行驶，如果汽车的性能较强，则在快车道行驶。

(3) 打开GPIO 外设的时钟之后，可以对GPIO 外设的初始化结构体中的成员进行赋值，再设置GPIO 引脚的编号，然后设置GPIO 引脚的模式

设置GPIO 引脚的输出类型

设置GPIO 引脚的内部电阻

设置GPIO 引脚的输出速度

输出速度指的是引脚电平的翻转速度，如果选择高速，则会增加功耗和噪声，如果不知道选择哪种，则选择高速即可。

(4) 设置好了GPIO 结构体的各个成员的值，需要把结构体中的值写入到GPIO 端口寄存器！

四、总结

GPIO 是 STM32 中最基础、最关键的外设之一，理解它的结构与工作机制，是掌握单片机开发的第一步。通过本篇内容，我们可以总结出以下要点：总结来说，GPIO 虽然简单，但却是 STM32 外设学习的起点。只要能够理解 GPIO 的配置原理、时钟机制以及寄存器的作用，就能顺利掌握更高级的外设开发。