STM32 GPIO

四种输入模式：浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入
（1） GPIO_Mode_AIN 模拟输入
（2） GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
（3） GPIO_Mode_IPD 下拉输入
（4） GPIO_Mode_IPU 上拉输入

四种输出模式：开漏输出、开漏复用功能、推挽输出、推挽复用功能
（1） GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
（2） GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
（3） GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
（4） GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出
输出使能在输出模式中推动模式MOS输出数据寄存器GPIOx_ODR可控制I/O输出高低点评。只有在泄漏模式下N-MOS输出数据寄存器可以控制工作I/O输出高阻或低电平。可配置输出速度，2MHz\25MHz\50MHz\100MHz的选项。这里的输出速度是I/O支持的高低电平状态切换频率最高，支持频率越高，功耗越大。如果功耗要求不严格，可以将速度设置为最大。

 此时，通过输入数据寄存器打开施密特触发器GPIOx_IDR可读取I/O实际状态。   上拉、下拉或悬挂模式可用于输出模式。但此时由于输出模式时引脚电平会收到ODR而寄存器的影响ODR寄存器对应的引脚位置为0，即引脚初始化后默认输出低电平。因此，在这种情况下，上拉只能稍微提高输出电流能力，但不会影响引脚的默认状态。 

端口位配置

输出模式位

1.输入配置
当I/O输入时端口配置：
● 禁止输出缓冲器
● 激活施密特触发输入
● 弱上拉和下拉电阻根据输入配置（上拉、下拉或浮动）连接
● 出现在I/O每个脚上的数据APB2时钟被采样到输入数据寄存器
● 可以获得输入数据寄存器的读取访问I/O状态
下图给出了I/O端口位置的输入配置

2.输出配置
当I/O当端口配置为输出时：
● 激活输出缓冲器
─ 泄漏模式：输出寄存器上的0激活N-MOS，输出寄存器上的1将端口置于高阻状态(PMOS从不被激活)。 ─ 推拉模式：输出寄存器上的0激活N-MOS，输出寄存器上的1将被激活P-MOS。
● 激活施密特触发输入
● 禁止弱上拉和下拉电阻
● 出现在I/O脚上的数在每个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。
下图给出了I/O端口位的输出配置

3.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
下图示出了I/O端口位的复用功能配置。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。

4.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’。
下图示出了I/O端口位的高阻抗模拟输入配置：

GPIO相关配置寄存器
每组GPIO端口的寄存器包括：

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) 。

是每组IO口含下面7个寄存器。也就是7个寄存器，

一共可以控制一组GPIO的16个IO口。

   -  GPIOx_CRL :端口配置低寄存器

    - GPIOx_CRH:端口配置高寄存器

    - GPIOx_IDR:端口输入寄存器

    - GPIOx_ODR:端口输出寄存器

    - GPIOx_BSRR:端口位设置/清除寄存器

    - GPIOx_BRR :端口位清除寄存器

    - GPIOx_LCKR:端口配置锁存寄存器

（1）端口配置低寄存器(GPIOx_CRL)

该寄存器的复位值为 0X4444 4444，从图 6.1.4 可以看到，复位值其实就是配置端口为浮空输入模式。从上图还可以得出：STM32 的 CRL 控制着每组 IO 端口（A~G）的低 8 位的模式。
每个 IO 端口的位占用 CRL 的 4 个位，高两位为 CNF，低两位为 MODE。这里我们可以记住几个常用的配置，比如 0X0 表示模拟输入模式（ADC 用）、0X3 表示推挽输出模式（做输出口用，50M 速率）、0X8 表示上/下拉输入模式（做输入口用）、0XB 表示复用输出（使用 IO 口的第二
功能，50M 速率）。
CRH 的作用和 CRL 完全一样，只是 CRL 控制的是低 8 位输出口，而 CRH 控制的是高 8位输出口。这里我们对 CRH 就不做详细介绍了。

下面我们讲解一下怎样通过固件库设置 GPIO的相关参数和输出
GPIO 相关的函数和定义分布在固件库文件 stm32f10x_gpio.c 和头文件 stm32f10x_gpio.h 文件中。

在固件库开发中，操作寄存器 CRH 和 CRL 来配置 IO 口的模式和速度是通过 GPIO 初始化函数完成：

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)；

这个函数有两个参数，第一个参数是用来指定 GPIO，取值范围为GPIOA~GPIOG。
第二个参数为初始化参数结构体指针，结构体类型为 GPIO_InitTypeDef。
下面我们看看这个结构体的定义：

typedef struct
{ 
         uint16_t GPIO_Pin; 
 GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed; 
 GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode; 
}GPIO_InitTypeDef;

下面我们通过一个 GPIO 初始化实例来讲解这个结构体的成员变量的含义。
通过初始化结构体初始化 GPIO 的常用格式是：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //LED0-->PB.5 端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//速度 50MHz
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//根据设定参数配置 GPIO

上面代码的意思是设置 GPIOB 的第 5 个端口为推挽输出模式，同时速度为 50M。从上面初始化代码可以看出，结构体 GPIO_InitStructure 的第一个成员变量 GPIO_Pin 用来设置是要初始化哪个或者哪些 IO 口；第二个成员变量 GPIO_Mode 是用来设置对应 IO 端口的输出输入模式，这些模式是上面我们讲解的 8 个模式，在 MDK 中是通过一个枚举类型定义的：

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, //通用推挽输出
 GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C, //复用开漏输出
 GPIO_Mode_AF_PP = 0x18 //复用推挽
}GPIOMode_TypeDef;

第三个参数是 IO 口速度设置，有三个可选值，在 MDK 中同样是通过枚举类型定义：

typedef enum
{ 
         
 GPIO_Speed_10MHz = 1,
 GPIO_Speed_2MHz, 
 GPIO_Speed_50MHz
}GPIOSpeed_TypeDef;

（2）端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR)
IDR 是一个端口输入数据寄存器，只用了低 16 位。该寄存器为只读寄存器，并且只能以16 位的形式读出。该寄存器各位的描述如图 6.1.7 所示：

要想知道某个 IO 口的电平状态，你只要读这个寄存器，再看某个位的状态就可以了。使用起来是比较简单的。
在固件库中操作 IDR 寄存器读取 IO 端口数据是通GPIO_ReadInputDataBit 函数实现的：

uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

比如我要读 GPIOA.5 的电平状态，那么方法是：

GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_5);

返回值是 1(Bit_SET)或者 0(Bit_RESET);

（3）端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR)
ODR 是一个端口输出数据寄存器，也只用了低 16 位。该寄存器为可读写，从该寄存器读出来的数据可以用于判断当前 IO 口的输出状态。而向该寄存器写数据，则可以控制某个 IO 口的输出电平。该寄存器的各位描述如图 6.1.8 所示：

在固件库中设置 ODR 寄存器的值来控制 IO 口的输出状态是通过函数 GPIO_Write 来实现的：

void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);

该函数一般用来往一次性一个 GPIO 的多个端口设值。

（4）端口位设置/清除寄存器(GPIOx_BSRR)
BSRR 寄存器是端口位设置/清除寄存器。该寄存器和 ODR 寄存器具有类似的作用，都可以用来设置 GPIO 端口的输出位是 1 还是 0。下面我们看看该寄存器的描述如下图：

该寄存器通过举例子可以很清楚了解它的使用方法。例如你要设置 GPIOA 的第 1 个端口值为 1，那么你只需要往寄存器 BSRR 的低 16 位对应位写 1 即可：

GPIOA->BSRR=1<<1;

如果你要设置 GPIOA 的第 1 个端口值为 0，你只需要往寄存器高 16 位对应为写 1 即可：

GPIOA->BSRR=1<<(16+1)

该寄存器往相应位写 0 是无影响的，所以我们要设置某些位，我们不用管其他位的值。

（5）端口位清除寄存器(GPIOx_BRR)
BRR 寄存器是端口位清除寄存器。该寄存器的作用跟 BSRR 的高 16 位雷同，这里就不做详细讲解。在 STM32 固件库中，通过 BSRR 和 BRR 寄存器设置 GPIO 端口输出是通过函数GPIO_SetBits()和函数 GPIO_ResetBits()来完成的。

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

在多数情况下，我们都是采用这两个函数来设置 GPIO 端口的输入和输出状态。比如我们要设置 GPIOB.5 输出 1，那么方法为：

GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);

反之如果要设置 GPIOB.5 输出位 0，方法为：

GPIO_ResetBits (GPIOB, GPIO_Pin_5);

虽然 IO 操作步骤很简单，这里我们还是做个概括性的总结，操作步骤为：
1） 使能 IO 口时钟。调用函数为 RCC_APB2PeriphClockCmd()。
2） 初始化 IO 参数。调用函数 GPIO_Init();
3） 操作 IO。操作 IO 的方法就是上面我们讲解的方法。