STM32 GPIO使用

news/2025/1/27 13:40:38/文章来源:https://www.cnblogs.com/jeikerxiao/p/18690777

1.GPIO是什么

GPIO(General Purpose Input/Output)通用输入输出，是STM32开发板中的通用输入输出接口，用于连接外部设备。
GPIO 有时候简称为“IO口”。

  • 通用，说明它是常见的。
  • 输入输出，就是说既能当输入口使用，又能当输出口使用。
  • 端口，就是元器件上的一个引脚。

输入模式和输出模式是GPIO的基本特性，当然GPIO还有其它模式可选。

GPIO端口模式

IO耐压情况

STM32是一款3.3V电压的芯片。
在STM32中，GPIO的输入和输出都是3.3V的，但是有些IO可以输入5V电压，有些IO不可以输入5V电压。

img

2.GPIO输入输出模式

（一）模式汇总

输入模式：

  • 浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）：引脚电平是真实的外部连接器件电压，电平有不确定性
  • 上拉输入 (GPIO_Mode_IPU)：默认通过电阻上拉到VCC,不接外部器件时可以读出高电平
  • 下拉输入 (GPIO_Mode_IPD)：默认通过电阻下拉到GND,不接外部器件时可以读出低电平
  • 模拟输入 (GPIO_Mode_AIN)：将外部信号直接传输到数模转换通道上

输出模式：

  • 开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD)：只能输出低电平，高电平由电阻上拉决定
  • 开漏复用功能(GPIO_Mode_AF_OD)：用于外设功能使用
  • 推挽式输出(GPIO_Mode_Out_PP)：可以输出强高和强低，通常使用该功能控制LED
  • 推挽式复用功能(GPIO_Mode_AF_PP):用于外设功能使用

GPIO的基本结构：

GPIO输入输出模式

TTL肖特基触发器其实可以理解为用肖特基管构成的施密特触发器，作用简单说就是将相对缓慢变化的模拟信号变成矩形（方波）信号，便于后面读取。这里有一个阈值电压的概念，比如从低到高达到多少才会导通，从高到底多少才会关闭。

输入模式

浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）

浮空就是逻辑器件与引脚即不接高电平，也不接低电平。由于逻辑器件的内部结构和外部引脚所接的器件决定电平状态。一般实际运用时，引脚不建议悬空，易受干扰。通俗讲就是浮空就是浮在空中，就相当于此端口在默认情况下什么都不接，呈高阻态，这种设置在数据传输时用的比较多。浮空最大的特点就是电压的不确定性，它可能是0V，页可能是VCC，还可能是介于两者之间的某个值（最有可能） 浮空一般用来做ADC输入用，这样可以减少上下拉电阻对结果的影响。

浮空输入

上拉输入 (GPIO_Mode_IPU)

上拉就是把点位拉高，比如拉到Vcc。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平。电阻同时起到限流的作用。弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分。

电阻通常为30-50KΩ

上拉输入

下拉输入 (GPIO_Mode_IPD)

下拉就是把点位拉低，比如拉到GND。下拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在低电平。电阻同时起到限流的作用。弱强只是下拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分

下拉输入

模拟输入 (GPIO_Mode_AIN)

模拟输入是指传统方式的输入，数字输入是输入PCM数字信号，即0,1的二进制数字信号，通过数模转换，转换成模拟信号，经前级放大进入功率放大器，功率放大器还是模拟的

模拟输入

开漏输出 (GPIO_Mode_Out_OD)

开漏输出就是输出低电平，高电平由电阻上拉决定。
IO输出0接GND，IO输出1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。
当输出为1时，IO口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化，实现C51的IO双向功能。

只能输出强低电平。

开漏输出

开漏复用功能 (GPIO_Mode_AF_OD)

开漏复用功能

开漏复用功能

推挽式输出 (GPIO_Mode_Out_PP)

IO输出0-接GND， IO输出1 -接VCC。这是使用最多的了。控制LED基本都是使用这种模式。

可以输出强高低电平，连接外部数字器件。

推挽式输出

推挽式复用功能 (GPIO_Mode_AF_PP)

用于外设使用

推挽式复用功能

3.配置GPIO输入输出

输入

输入

GPIO Pull-up/Pull-down：

IO上下拉配置

  • No pull-up and no pull-down，浮空输入，配置为不上拉和下拉
  • Pull-up，上拉输入
  • Pull-down，下拉输入

输出

输出

(1) GPIO output level

  • Low：IO初始化默认输出低电平
  • High：IO初始化默认输出高电平

(2) GPIO mode

  • Output Open Drain，开漏输出，可以输出低电平
  • Output Push Pull，推挽输出，可以输出低电平和高电平

(3) GPIO Pull-up/Pull-down：

IO上下拉配置

  • No pull-up and no pull-down，浮空输入，配置为不上拉和下拉
  • Pull-up，上拉输入
  • Pull-down，下拉输入

(4) Maximum output speed

  • Low，GPIO速度为低速，通常为2MHZ
  • Medium，GPIO速度为中速，通常为10MHZ
  • High，GPIO速度为高速，通常为50MHZ

4.GPIO 主要寄存器

每个GPIO端口都有：

  • 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）
  • 一个32位锁定寄存器（GPIOx_LCKR）

每个I/O端口位可以自由编程，然而I/O端口寄存器必须按32位字被访问(不允许半字或字节访问)

端口配置低寄存器（GPIOx_CRL）

端口配置低寄存器

端口配置高寄存器（GPIOx_CRH）

端口配置高寄存器

端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR)

端口输入数据寄存器

端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR)

端口输出数据寄存器

5. GPIO 输出编程

测试有GPIOA1和GPIOA2设置为输出测试

CubeMX 配置

img

img

初始化函数

初始化函数
宏定义

#define DONG_OUT_1_Pin GPIO_PIN_1
#define DONG_OUT_1_GPIO_Port GPIOA
#define DONG_OUT_2_Pin GPIO_PIN_2
#define DONG_OUT_2_GPIO_Port GPIOA

初始化函数是自动生成的

void MX_GPIO_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};/* GPIO Ports Clock Enable */__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();//使能GPIOC时钟__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();//使能GPIOD时钟__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();//使能GPIOA时钟/*Configure GPIO pin Output Level */HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_RESET); //设置上电电平为低 0/*Configure GPIO pins : PAPin PAPin */GPIO_InitStruct.Pin = DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin; //两个GPIO_PINGPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;          //推挽输出模式GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;                  //浮空，不上拉也不下拉GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;         //低速HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);              //初始化GPIOA
}

输出相关函数

设置或清除选定的数据端口位

void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)

参数：

  • GPIOx :其中x可以(A..G取决于所使用的设备)来选择GPIO外设

  • GPIO_Pin :指定要写入的端口位。此参数可以是GPIO_PIN_x之一，其中x可以是( 0..15 )。

  • PinState :指定要写入选定位的值。此参数可以是GPIO_PinState枚举值之一:

  • GPIO_PIN_RESET: 清除端口Pin, 低电平 0

  • GPIO_PIN_SET: 设置端口Pin, 高电平 1

例子：

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_RESET); //两个设置为低电平
HAL_Delay(1000);//1s
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin, GPIO_PIN_SET); //单独设置为高电平
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_SET);  //单独设置为高电平
HAL_Delay(1000);//1s

切换指定的GPIO pin

void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

参数：

GPIOx :其中x可以(A..G取决于所使用的设备)来选择GPIO外设

GPIO_Pin :指定要写入的端口位。此参数可以是GPIO_PIN_x之一，其中x可以是(0..15 )。

例子：

HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin);//两个输出电平取反
HAL_Delay(1000);//1s
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin); //单独输出电平取反
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,DONG_OUT_2_Pin);  //单独输出电平取反
HAL_Delay(1000);//1s

输入编程（轮询检测）

CubeMX设置

img

img

初始化函数

宏定义

#define DONG_IN_1_Pin GPIO_PIN_3
#define DONG_IN_1_GPIO_Port GPIOA

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; //初始化结构体
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();           //GPIO时钟开启
GPIO_InitStruct.Pin = DONG_IN_1_Pin;    //引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; //输入模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;     //上拉
HAL_GPIO_Init(DONG_IN_1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

输入相关函数

读取指定的输入端口引脚

GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

参数：

  • GPIOx :其中x可以(A..G取决于所使用的设备)来选择GPIO外设
  • GPIO_Pin :指定要写入的端口位。此参数可以是GPIO_PIN_x之一，其中x可以是(0..15 )

返回：

typedef enum
{GPIO_PIN_RESET = 0u,//低电平GPIO_PIN_SET//高电平
} GPIO_PinState;

例子

GPIO_PinState res=HAL_GPIO_ReadPin(DONG_IN_1_GPIO_Port,DONG_IN_1_Pin);//读取电平
if(res==GPIO_PIN_RESET){HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_SET);//两个设置为高电平
}else{HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_RESET);//两个设置为低电平
}

输入编程（中断检测）

CubeMX设置

img

img

GPIO mode:

  • 上升沿触发检测的外部中断模式（External Interrupt Mode with Rising edge trigger detection）
  • 下降沿触发检测的外部中断模式（External Interrupt Mode with Falling edge trigger detectiort）
  • 上升/下降沿触发检测的外部中断模式（External Interrupt Mode with Risinq/Falling edge trigger detection）
  • 上升沿触发检测的外部事件模式（External Event Mode with Rising edge trigger detection）
  • 下降沿触发检测的外部事件模式（External Event Mode with Falling edge trigger detection）
  • 上升/下降沿触发检测的外部事件模式（External Event Mode with Rising/Falling edge trigger detectiont）

还需要手动开启（图片仅参考，并非当前工程使用）

img

中断和事件的区别：

  • 中断是当IO达到中断条件后会向CPU产生中断请求
  • 事件是事先设置好的任务，当单片机达到要求将通过硬件的方式处理事先设置好的任务，而不向CPU请求中断，比如DMA、AD转换等

初始化函数

宏定义

#define KEY1_Pin GPIO_PIN_3
#define KEY1_GPIO_Port GPIOA
#define KEY1_EXTI_IRQn EXTI3_IRQn

初始化部分

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/*Configure GPIO pin : PtPin */
GPIO_InitStruct.Pin = KEY1_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
HAL_GPIO_Init(KEY1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
/* EXTI interrupt init*/
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI3_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI3_IRQn);

中断输入相关函数

中断回调函数

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin);

参数：

  • GPIO_Pin :指定连接EXTI线的引脚

例子：

//GPIO中断回调函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){
//判断进入中断的GPIOs
if(KEY1_Pin==GPIO_Pin){HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin);//单独输出电平取反HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,DONG_OUT_2_Pin);//单独输出电平取反}
}

关于防抖

关于按键防抖的问题：

  • 软件防抖可以检测到电平延时一段时间再确认电平，延时时间一般为10-20ms
  • 硬件防抖可以在按键上并联一个电容，一般为0.1uf

img

参考文章：
https://www.cnblogs.com/dongxiaodong/p/14128088.html

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