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STM32学习笔记------GPIO介绍

article 2024/11/14 14:18:02

STM32F4xx 的 GPIO（通用输入输出）模块是控制器与外设通信的基础模块之一，在嵌入式系统开发中起着至关重要的作用。STM32F4 系列微控制器提供丰富的 GPIO 功能，可以实现多种工作模式，如输入、输出、复用、模拟等。这里我们用标准库（STM32F4xx Standard Peripheral Library）来详细介绍 GPIO 的配置和使用。

1. GPIO 的主要功能和模式

STM32F4xx 的 GPIO 引脚可以配置成以下几种主要模式：

输入模式（Input Mode）：用于读取引脚的状态（高/低）。
输出模式（Output Mode）：用于设置引脚状态（高/低）。
复用模式（Alternate Function Mode）：用于将引脚连接到芯片内的其他外设（如 USART, SPI, I2C 等）。
模拟模式（Analog Mode）：用于模拟信号输入，比如 ADC 的输入。

此外，GPIO 引脚还支持以下几种输入/输出模式的配置：

上拉（Pull-up）
下拉（Pull-down）
开漏输出（Open-drain）
推挽输出（Push-pull）

2. GPIO 的配置流程

使用标准库配置 GPIO 通常涉及以下几个步骤：

1. 启用 GPIO 时钟

STM32F4xx 的 GPIO 外设都连接在 APB（Advanced Peripheral Bus）总线上，因此在使用之前需要先启用对应的 GPIO 时钟。

#include "stm32f4xx.h"

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); // 启用 GPIOA 时钟

上例中，我们使用 RCC_AHB1PeriphClockCmd 函数来启用 GPIOA 的时钟。

2. 配置 GPIO 引脚参数

标准库中，使用 GPIO_InitTypeDef 结构体来设置引脚的各项配置参数。下面是 GPIO_InitTypeDef 结构体的主要成员：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;              // 指定引脚（GPIOA的0号引脚）
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;           // 设置模式为输出
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;          // 推挽输出
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;        // 无上拉/下拉
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       // 引脚速度
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);                  // 应用配置

3. 配置 GPIO 模式

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode 是用于设置 GPIO 引脚模式的参数，可以选择以下几种模式：

GPIO_Mode_IN：输入模式
GPIO_Mode_OUT：输出模式
GPIO_Mode_AF：复用模式
GPIO_Mode_AN：模拟模式

4. 配置 GPIO 输出类型

GPIO_InitStruct.GPIO_OType 用于设置输出类型，有两种类型：

GPIO_OType_PP：推挽输出（Push-Pull）
GPIO_OType_OD：开漏输出（Open-Drain）

5. 配置 GPIO 上拉/下拉电阻

GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd 设置引脚的上拉或下拉电阻：

GPIO_PuPd_NOPULL：不使用上拉/下拉
GPIO_PuPd_UP：上拉
GPIO_PuPd_DOWN：下拉

6. 配置 GPIO 速度

GPIO_InitStruct.GPIO_Speed 用于设置 GPIO 引脚的速度。不同速度会影响引脚上信号的上升和下降时间，有以下几种选择：

GPIO_Speed_2MHz
GPIO_Speed_25MHz
GPIO_Speed_50MHz
GPIO_Speed_100MHz

3. 具体例子

下面是一个完整的例子，设置 GPIOA 的 0 号引脚为推挽输出模式，并在代码中设置引脚高低电平。

#include "stm32f4xx.h"

void GPIO_Config(void) {
    // 1. 启用 GPIOA 时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 2. 配置 GPIOA 0号引脚
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;              // 引脚0
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;           // 输出模式
    GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;          // 推挽输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;        // 无上拉/下拉
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       // 速度50MHz
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);                  // 应用配置
}

int main(void) {
    GPIO_Config(); // 配置 GPIO

    while (1) {
        // 设置 GPIOA 引脚 0 为高电平
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
        for (volatile int i = 0; i < 100000; i++); // 简单延时

        // 设置 GPIOA 引脚 0 为低电平
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
        for (volatile int i = 0; i < 100000; i++); // 简单延时
    }
}

4. GPIO 标准库常用函数

GPIO_SetBits(GPIOx, GPIO_Pin)：将 GPIOx 的 GPIO_Pin 引脚设置为高电平。
GPIO_ResetBits(GPIOx, GPIO_Pin)：将 GPIOx 的 GPIO_Pin 引脚设置为低电平。
GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin)：读取 GPIOx 的 GPIO_Pin 引脚输入状态。
GPIO_ToggleBits(GPIOx, GPIO_Pin)：切换 GPIOx 的 GPIO_Pin 引脚状态（高电平变低电平，低电平变高电平）。