STM32单片机快速入门——GPIO篇

STM32单片机快速入门——GPIO篇

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/2301_81633842/article/details/145144423

STM32单片机的GPIO（通用输入输出）端口是其重要的外设之一，广泛应用于各种嵌入式系统中。本文将从GPIO的基本概念、工作模式、常用库函数以及具体的编程实战等方面，帮助读者快速入门STM32的GPIO编程。

1.简介

STM32是一系列基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器。该系列微控制器广泛应用于计算机、通讯、工业自动化、消费电子、汽车电子、医疗仪器及家庭电器等领域。该系列控制器具有高性能、低功耗、智能化等特点。其中，GPIO就是STM32控制器中的一种重要的通用输入输出口。

作为快速入门，重点应先学会使用，之后再深究其中原理，否则容易磨灭学习的热情，故不在这里对GPIO的具体结构以及相关寄存器做太多详细的介绍，如果读者想要深入研究，可参考此篇文章：

区别于51单片机的IO口，STM32的GPIO功能更加强大和灵活，能满足多样化和复杂的嵌入式系统需求，尤其在需要多种外设或模拟功能时具有显著优势。

我们以经典的STM32F103C8T6芯片进行讲解。

2.GPIO模式

STM32的GPIO总共有八种输入输出模式，个人感觉可分为三大类：

1. 输入模式
2. 输出模式
3. 模拟模式

（1）输入模式

GPIO引脚配置为输入模式时，主要用于读取外部设备的信号的高电平或低电平（逻辑1或逻辑0）。这类模式进一步细分为以下几种：

• 浮空输入（Input Floating）：引脚悬空时无内部上拉或下拉电阻，依赖外部电路提供信号，默认悬空状态。
• 上拉输入（Input Pull-Up）：引脚内部连接上拉电阻，默认状态为高电平。
• 下拉输入（Input Pull-Down）：引脚内部连接下拉电阻，默认状态为低电平。

（2）输出模式

GPIO引脚配置为输出模式时，用于控制外部设备或输出信号。这类模式进一步细分为以下几种：

• 推挽输出（Output Push-Pull）：GPIO既可以输出高电平，也可以输出低电平。
• 开漏输出（Output Open-Drain）：GPIO只能输出低电平，输出高电平时需要外部上拉电阻。

（3）模拟模式

• 模拟输入：引脚用于接收连续变化的模拟信号，信号直接输入到ADC模块，用于模数转换。例如：传感器信号采集（如温度、光线强度等）。
• 模拟输出：引脚用于数模转换，将数字信号转换为模拟信号输出。例如：音频信号生成、波形输出等。

3.GPIO常用库函数介绍

（1）GPIO初始化函数

GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)。

（2）读取GPIO状态函数

GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) ：读取指定引脚的输入状态（高电平或低电平）。

GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx) : 读取整个GPIO端口的输入数据寄存器内容。

GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) ：用于读取指定引脚的输出状态。

GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx) ：读取整个GPIO端口的输出数据寄存器内容。

（3）写入GPIO函数

GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) ：指定引脚输出高电平。

GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) ：指定引脚输出低电平。

GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal) ：指定引脚输出指定电平。

GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal) ：指定整个GPIO端口输出指定电平。

4.GPIO标准库配置步骤

（1）开启时钟

在文件stm32f10x_rcc.h中，可以找到三个有关于开关总线时钟的函数。对于STM32系列单片机而言，GPIO的时钟大多位于APB2总线，对APB2函数右键，跳转到函数定义，可以看到有哪些外设挂载到了APB2总线上。

函数的第一个参数是需要开启时钟的外设，第二个参数，填入ENABLE表示使能打开，填入DISABLE表示失能关闭。

（2）GPIO结构体参数配置

右键跳转到GPIO初始化结构体定义

第一个结构体参数：GPIO_Pin，即要初始化的引脚，若有多个需要进行同类型的初始化，可进行或操作，例如：GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2。

第二个结构体参数：GPIO_Speed，即GPIO最快翻转速率，如无特殊要求，一般选用GPIO_Speed_50MHz。

选中GPIO_Speed后的GPIOSpeed_TypeDef，Ctrl+F进行查找，可以看到该参数可以取的值（以下操作同理）

第三个结构体参数：GPIO_Mode。

配置成模拟量输入：

a.GPIO_Mode_AIN。

配置成输入模式：

a.GPIO_Mode_IPU ：配置成上拉输入。

b.GPIO_Mode_IPD ：配置成下拉输入。

c.GPIO_Mode_IN_FLOATING ：配置成浮空输入。

配置成输出模式：

a.GPIO_Mode_Out_OD ：配置成开漏输出。

b.GPIO_Mode_AF_OD: 配置成复用开漏输出。

c.GPIO_Mode_Out_PP ：配置成推挽输出。

d.GPIO_Mode_AF_PP ：配置成复用推挽输出。

其中，带有复用的输出有别于正常的输出：除了兼容相应正常输出模式的功能以外，还与其他的外设和功能有联动。

（3）GPIO初始化

调用GPIO初始化函数：GPIO_Init;

5.编程实战

（1）点亮一个LED

这里我们以点亮STM32F103C8T6自带的LED进行演示，该LED位于GPIOC的Pin13上，写入低电平点亮。

/* 头文件 */
#include "stm32f10x.h"                  // 包含STM32F10x的设备头文件，定义了寄存器和外设相关的宏和函数
/* Main */
int main(void)
{
    /* 开启 GPIOC 的时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); //开启GPIOC的时钟，GPIOC外设挂载在APB2总线上
    /* GPIOC结构体参数配置 */
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义一个结构体变量，用于配置 GPIO 参数
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //设置为推挽输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13; //选择 GPIOC 的第13引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //配置输出速度为50MHz
    
    /* GPIO结构体初始化 */
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); //调用 GPIO 初始化函数，根据配置初始化 PC13 引脚
    /* 设置 GPIOC 第13引脚输出高电平 */
    GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); //将 PC13 引脚设置为低电平
    while (1)
    {
       
    }
}

6.总结

（1）GPIO模式

1.输入模式：

浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）

上拉输入（GPIO_Mode_IPU）

下拉输入（GPIO_Mode_IPD）

2.输出模式：

推挽输出（GPIO_Mode_Out_PP）

开漏输出（GPIO_Mode_Out_OD）

3.复用功能：

推挽复用（GPIO_Mode_AF_PP）

开漏复用（GPIO_Mode_AF_OD）

4.模拟输入/输出（GPIO_Mode_AIN）

（2)GPIO常用库函数

1. 设置高电平：GPIO_SetBits(GPIOx, GPIO_Pin_x)

2. 设置低电平：GPIO_ResetBits(GPIOx, GPIO_Pin_x)

3. 切换电平：GPIO_WriteBit(GPIOx, GPIO_Pin_x, Bit_SET/Bit_RESET)

4. 读取状态：GPIO_ReadInputDataBit / GPIO_ReadOutputDataBit

(3)GPIO标准库配置步骤

1.开启时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOx, ENABLE);

2.创建初始化结构体

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

3.配置结构体参数

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 输出速度
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_x; // 选择引脚

4.调用 GPIO_Init 函数

GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStructure);

5.引脚操作

GPIO_SetBits(GPIOx, GPIO_Pin_x); // 设置高电平
GPIO_ResetBits(GPIOx, GPIO_Pin_x); // 设置低电平
uint8_t pinState = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin_x); // 读取引脚状态
//... ...