STM32的GPIO介紹

 GPIO：General Purpose Input Output ，即通用輸入/輸出，簡稱為GPIO。

GPIO應該是學習微控制器、學習嵌入式、學習STM32的第一個知識點了。在介紹GPIO相關的內容前，這裡先總得說一下自己對GPIO的理解。對於初學者，可以把GPIO的作用想象成C語言裡面的做輸入輸出的函式（scanf(); printf(); gets(); puts();等等），在C語言裡面scanf()和printf()這兩個函式是做輸入輸出的，對於幾乎所有的C語言程式，都可以看成是用輸入函式讀取了一些輸入，然後進行程式的邏輯處理，最後通過輸出

函式把程式最後執行的結果顯示出來的過程。

同樣地，這可以類比到嵌入式系統上面。比如循跡小車、避障小車、平衡小車、四旋翼等等，我們其實都可以看成這樣的結構：

1）首先通過外部模組（這裡主要是指各種感測器）讀取系統的相關引數。比如循跡小車，就是利用紅外模組去探測小車當前的行駛狀態，並實時地將小車的行駛狀態傳送給主控制器（STM32）。而這種資料的傳送就是將紅外模組的特定引腳與STM32的GPIO相連，以高低電平的形式向STM32傳遞資訊的。

2）主控制器對接收到的資料進行判斷。接著上面循跡小車的例子，在主控制器的程式中，每過一定的時間（比如10ms）就會掃描並一下接收感測器訊號的那幾個引腳（IO口）上的高低電平的資訊。然後對這些資訊進行分析判斷，判斷的結果是小車當前是否還沿著預定軌跡行駛，如果

偏離了預定的軌跡，應該怎麼調整。

3）主控制器將判斷結果通過IO口傳出。上面第2點，最後的判斷結果會通過IO口將調整資訊發出到電機驅動部分，電機驅動部分會根據主控模組發來的資料對電機轉速進行調整，從而達到讓小車循跡行駛的目的。

總結一下，上面這三點主要是想讓大家瞭解GPIO的作用，在一個專案、一個系統中的作用。說簡單了就是輸出高低電平和讀取高低電平輸入的。

下面進入正文，介紹GPIO的初始化和使用方法。

首先從最簡單的角度介紹GPIO是什麼東西。

首先GPIO最基本、最簡單的作用是我們可以通過程式設計的方式讓它作輸入或者輸出，而輸入/輸出的形式為高低電平（通常0V為低電平，3.3V為高電平）。要讓GPIO作輸入或者輸出，首先就需要對IO口相關的暫存器進行配置。

先介紹一下什麼是暫存器，暫存器是中央處理器內的組成部分，暫存器是有限存貯容量的高速存貯部件，它們可用來暫存指令、資料和地址。因此對IO口的初始化就是向相關暫存器裡面寫不同的值，從而確定使用哪一個IO口（IO口標號）、以及IO口工作模式（輸入還是輸出）、輸出速度等引數。在經過初始化之後就可以正常使用IO口了，比如如果IO口設定成了某個輸入模式，就可以通過呼叫相關函式或者直接操作相關暫存器去得到IO口的電平是高電平還是低電平。

下面從庫函式的層面來說明如何初始化IO口。

typedef struct
{
	uint16_t GPIO_Pin;             /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
									  This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */

	GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;  /*!< Specifies the speed for the selected pins.
									  This parameter can be a value of @ref GPIOSpeed_TypeDef */

	GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;    /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
									  This parameter can be a value of @ref GPIOMode_TypeDef */
}GPIO_InitTypeDef;

首先看這個結構體的定義，裡面有三個變數，首先這三個變數的型別是通過型別重新命名得到的，具體如下：

typedef unsigned short     int uint16_t;

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

typedef enum
{ GPIO_Mode_AIN = 0x0,			//模擬輸入
  GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,		//浮空輸入
  GPIO_Mode_IPD = 0x28,			//下拉輸入
  GPIO_Mode_IPU = 0x48,			//上拉輸入
  GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,		//開漏輸出
  GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,		//推輓輸出
  GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,		//複用開漏輸出
  GPIO_Mode_AF_PP = 0x18		//複用推輓輸出
}GPIOMode_TypeDef;

所以實際上，GPIO_InitTypeDef這個結構體第一個變數型別為一種無符號的整形，變數名為GPIO_Pin，即為確定是哪一個IO口。GPIO_InitTypeDef的第二個變數型別是用列舉定義的，根據變數名很容易知道它是確定IO口的輸入或輸出的速度的。GPIO_InitTypeDef的第三變數同樣是列舉定義的，是確定IO口作輸入還是輸出，當然這裡輸入和輸出又可以各自細分為好幾種，所以這裡看到這個結構體中八種模式（mode）。這八種模式中，最常用的也是應該掌握的有三種：推輓輸出、開漏輸出、上拉輸入。

推輓輸出：可以輸出高、低電平，連線數字器件；推輓結構一般是指兩個三極體分別受兩互補訊號的控制，總是在一個三極體導通的時候另一個截止。高低電平由IC的電源低定。

開漏輸出：輸出端相當於三極體的集電極.要得到高電平狀態需要上拉電阻才行.適合於做電流型的驅動，其吸收電流的能力相對強(一般20ma以內) 。

上拉輸入：IO口內部輸入時由上拉電阻上拉。

具體八種IO口工作模式的解釋，可以參考這個帖子：http://www.openedv.com/posts/list/21980.htm

比如說我們需要將PB5這個IO口設定為推輓輸出，輸入速度為50MHz，實現的程式碼如下：

 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);	 		//使能PB埠時鐘		①
	
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;				//PB.5 埠配置
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 		//推輓輸出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;			//IO口速度為50MHz
	
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					//根據設定引數初始化GPIOB.5	②

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

這裡可能不懂的地方是我用圓圈標出來的兩個地方。首先第①行，對於STM32而言，外設和IO口是很多的，預設狀態下這些外設和IO口的狀態都是關閉的（未使能的），這樣可以節約CPU的資源，在使用的時候就要使能（開啟）相關時鐘。②的位置是呼叫IO口初始化函式，這是一個庫函式，是官方提供的，初學者沒有必要了解函式實現的細節。但需要掌握該函式呼叫時的入口引數。我們的例子是初始化PB5，所以第一個確定IO分組的引數應該寫GPIOB，第二個引數就是傳入剛才配置好的變數的地址。

再舉一個例子，比如我們要初始化PA8這個IO口為下拉輸入，輸入速度為50MHz，實現的程式碼如下：，程式碼如下：

 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	 		//使能PA埠時鐘
	
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;				//PA.8 埠配置
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;	 			//下拉輸入
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;			//IO口速度為50MHz
	
 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//根據設定引數初始化GPIOA.8

通過上面的操作，就對IO口完成初始化了。下面我們可以開始對IO口進行相關操作了，比如讀取IO口的電平（當IO口設定為某個輸入模式的時候），或者通過IO口輸出高低電平（當IO口設定為某個輸出模式的時候）。這裡介紹這麼三個庫函式：

uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

第一個函式用於讀取相關IO口的電平的高低，比如我要讀 GPIOA.5 的電平狀態， 那麼方法是：GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_5);返回值是 1(Bit_SET)或者 0(Bit_RESET)。

後面兩個函式用於設定IO口的電平的高低，GPIO_SetBits()用於設定IO口電平為高，GPIO_ResetBits();用於設定IO口電平為低。

比如我們要設定 GPIOB.5 輸出 1，那麼方法為：GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);反之如果要設定GPIOB.5 輸出位 0，方法為：GPIO_ResetBits (GPIOB, GPIO_Pin_5);

以上的介紹就是GPIO最最基本的內容。掌握了這些，就可以試著寫一個跑馬燈一類的實驗了。