STM32基础知识：GPIO(通用输入输出接口)
gpio(通用输入输出接口)1 gpio 功能概述gpio 是通用输入/输出（general purpose i/o）的简称，主要用于工业现场需要用到数字量输入/输出的场合，例如：
输出功能 ：继电器、 led、蜂鸣器等的控制输入功能 ：传感器状态、高低电平等信息的读取复用功能 ：片内外设的对外接口时序模拟 ：模拟 spi、i2c 和 uart 等常用接口的时序2 stm32 的 gpio 特性多种工作模式：输出/输入/复用/模拟灵活的复用模式5v 电压容限外部中断功能3 端口和引脚端口（port）： 独立的外设子模块，包括多个引脚，通过多个硬件寄存器控制引脚。gpio 模块由端口 gpioa、gpiob、gpioc 等多个独立的子模块构成。
例如：端口 gpioa 包括 pa0 ～ pa15 这 16 个引脚，通过 10 个硬件寄存器控制引脚工作。
引脚（pin）： 对应微控制器的一个管脚，归属于端口，由端口寄存器的对应位控制。pa0，属于端口 gpioa，输出电平由端口 gpioa 的输出数据寄存器 gpioa_odr 的第 0 位决定。
4 gpio 电路
5 gpio 工作模式输入模式：浮空输入/上拉输入/下拉输入 浮空输入：按键识别上拉输入：io 内部上拉电阻输入下拉输入：io 内部下拉电阻输入输出模式：推挽输出/开漏输出推挽输出时，p-mos 管和 nmos 管轮流工作，可以输出高电平或低电平。主要用于连接数字器件，如指示灯和继电器等模块；开漏输出时，p-mos 管关闭，只有 n-mos 管工作，此时只能输出低电平。要输出高电平必须外加上拉电阻，主要用于 i2c 总线。模拟模式模拟状态：表示引脚功能选择为模拟模式，但不作为任何片内模拟外设的复用脚，只是为了减少系统功耗。模拟外设复用引脚：表示引脚作为片内模拟外设（a/d 转换模块、d/a 转换模块、模拟比较器等）的复用脚，用于完成相应的功能操作。复用模式
在 cubemx 软件的引脚分配图中点击引脚即可弹出引脚的复用功能复用推挽：片内外设功能（urat 的 tx，rx，spi 的 mosi，miso，sck，ss ）；复用开漏：片内外设功能（ i2c 的 scl，sda ）。6 基于 hal 库控制 gpio6.1 gpio 外设的数据类型引脚初始化： 采用结构体类型实现，用于定义引脚的序号、工作模式、输出速度等基本特性。引脚电平状态： 采用枚举类型实现，用于定义引脚的电平状态：高电平和低电平。引脚所属端口： 采用结构体指针实现，用于访问该端口所对应的寄存器组。引脚初始化数据类型
成员变量 pin 的取值范围：gpio_pin_0 ~ gpio_pin15
成员变量 pin 的取值范围：
gpio_mode_input浮空输入模式
gpio_mode_output_pp 推挽输出模式
gpio_mode_output_od 开漏输出模式
gpio_mode_af_pp 复用功能下的推挽模式
gpio_mode_af_od 复用功能下的开漏模式
gpio_mode_analog 模拟模式
成员变量 pull 的取值范围：
gpio_nopull没有上拉或下拉电阻激活
gpio_pullup 上拉电阻激活
gpio_pulldown 下拉电阻激活
成员变量 speed 的取值范围：
gpio_speed_freq_low引脚输出速度 2mhz
gpio_speed_freq_medium 引脚输出速度 12.5mhz ～ 50mhz
gpio_speed_freq_high 引脚输出速度 25mhz ～ 100mhz
gpio_speed_freq_very_high 引脚输出速度 50mhz ～ 200mhz
成员变量 alternate 的取值范围
alternate 表示引脚的复用功能；由于不同型号的 stm32 微控制器片内集成的外设不同，因此该成员变量的取值范围由芯片型号决定。以 stm32f1 系列芯片为例，通过查阅stm32f1xx_hal_gpio_ex.h文件可以了解 alternate 的取值范围；该成员变量的取值一般通过 cubemx 软件分配，不需要用户手动设置；引脚电平状态数据类型
端口数据类型：指向端口寄存器组的结构体指针gpioa,gpiob,gpioc…
不同型号的 stm32 微控制器的端口数量各不相同；端口数据类型的定义是在以芯片型号命名的.h 文件中.6.2 使用 hal 库的引脚初始化步骤定义变量： 利用引脚初始化结构体类型gpio_inittypedef 定义一个结构体变量。设置模式： 按照引脚的工作模式，依次对该结构体的成员变量赋值，如 pin、mode、pull 等。调用函数： 调用初始化函数hal_gpio_init将配置参数写入到对应的寄存器，入口参数为端口号和结构体变量。6.3 gpio 外设接口函数的概述引脚初始化函数：hal_gpio_init
函数原型复位引脚到初始状态
功能描述 引脚初始化
入口参数 1 gpiox：引脚端口号，取值范围是 gpioa ～ gpiok
入口参数 2 gpio_init：指向引脚初始化类型 gpio_inittypedef 的结构体指针，该结构体包含指定引脚的配置参数
返回值 无
注意事项 该函数可以由 cubemx 软件自动生成
引脚复位函数：hal_gpio_deinit
函数原型void hal_gpio_deinit (gpio_typedef * gpiox, uint32_t gpio_pin)
功能描述 复位引脚到初始状态
入口参数 1 gpiox：引脚端口号，取值范围是 gpioa ～ gpiok
入口参数 2 gpio_init：指向引脚初始化类型 gpio_inittypedef 的结构体指针，该结构体包含指定引脚的配置参数
返回值 无
注意事项 该函数需要用户调用
读取引脚函数：hal_gpio_readpin
函数原型gpio_pinstate hal_gpio_readpin ( gpio_typedef * gpiox, uint16_t gpio_pin )
功能描述 读取引脚的电平状态
入口参数 1 gpiox：引脚端口号，取值范围是 gpioa ～ gpiok
入口参数 2 gpio_init：指向引脚初始化类型 gpio_inittypedef 的结构体指针，该结构体包含指定引脚的配置参数
返回值 gpio_pinstate：表示引脚电平状态的枚举类型变量，可以是gpio_pin_set 或 gpio_pin_reset
注意事项 该函数需要用户调用
写入引脚函数：hal_gpio_writepin
函数原型void hal_gpio_writepin( gpio_typedef * gpiox, uint16_t gpio_pin, gpio_pinstate pinstate )
功能描述 设置引脚输出高/低电平
入口参数 1 gpiox：引脚端口号，取值范围是 gpioa ～ gpiok
入口参数 2 gpio_init：指向引脚初始化类型 gpio_inittypedef 的结构体指针，该结构体包含指定引脚的配置参数
返回值 gpio_pinstate：表示引脚电平状态的枚举类型变量，可以是 gpio_pin_set 或 gpio_pin_reset
注意事项 该函数需要用户调用
翻转引脚函数：hal_gpio_togglepin
函数原型void hal_gpio_togglepin (gpio_typedef * gpiox, uint16_t gpio_pin)
功能描述 翻转引脚状态
入口参数 1 gpiox：引脚端口号，取值范围是 gpioa ～ gpiok
入口参数 2 gpio_init：指向引脚初始化类型 gpio_inittypedef 的结构体指针，该结构体包含指定引脚的配置参数
返回值 无
注意事项 该函数需要用户调用
任务实践基于stm32f103c8t6，开发板原理图
采用查询方式检测按键key1状态，按键按下后执行操作：翻转指示灯 led1 的状态。
注：本任务例程使用的开发板，led1与stm32的pa1相连接，key1与pa0相连接。key1原理图如下：
使用按键时，需要设置pa0为输入上拉模式，这样在key1没有按下时，pa0可以读取到高电平，key1按下时pa0可以读取到低电平。
按键消抖：
通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，为了不产生这种现象而作的措施就是按键消抖。
抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒。为确保cpu对键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态，并且必须判别到键释放稳定后再作处理。
下图为按键按下时，电压波形的变化。
前沿抖动 5 ～ 10ms，后沿抖动 5 ～ 10ms按键的抖动会导致一次按键动作被当成多次按键，为确保 mcu 对按键的一次闭合仅作一次处理，必须消除按键的抖动，在按键处于稳定状态时读取按键的状态。硬件消抖：利用 rc 低通滤波器滤掉抖动
软件消抖： 检测出按键闭合后执行延时程序，延时时间为 5ms ～ 10ms，用于去掉前沿抖动；再次检测按键状态，如果保持闭合状态，才认为按下，并执行相应的按键任务；按键的释放可以采用延时或者循环检测的方式去掉后沿抖动。配置 pa0 为 gpio_input，pa1 为 gpio_output
pa1 保持默认 gpio 输出模式即可
pa0 配置为输入模式，上拉
以上步骤生成如下代码:
stm32f1xx_hal_gpio.c中生成 gpio 引脚初始化函数mx_gpio_init，并在 main.c 中调用
开启外设时钟 rcc配置 pa0，pa1 两个引脚结构void mx_gpio_init(void){ gpio_inittypedef gpio_initstruct = {0}; /* gpio ports clock enable */ __hal_rcc_gpioa_clk_enable(); __hal_rcc_gpiob_clk_enable(); /*configure gpio pin output level */ hal_gpio_writepin(gpioa, gpio_pin_1, gpio_pin_reset); /*configure gpio pin : pa0 */ gpio_initstruct.pin = gpio_pin_0; gpio_initstruct.mode = gpio_mode_input; gpio_initstruct.pull = gpio_pullup; hal_gpio_init(gpioa, &gpio_initstruct); /*configure gpio pin : pa1 */ gpio_initstruct.pin = gpio_pin_1; gpio_initstruct.mode = gpio_mode_output_pp; gpio_initstruct.pull = gpio_nopull; gpio_initstruct.speed = gpio_speed_freq_low; hal_gpio_init(gpioa, &gpio_initstruct);}编写程序在main.c中编写程序
/* user code begin 3 */ if (hal_gpio_readpin(gpioa, gpio_pin_0) == gpio_pin_reset) { hal_delay(10); if (hal_gpio_readpin(gpioa, gpio_pin_0) == gpio_pin_reset) { hal_gpio_togglepin(gpioa, gpio_pin_1); } while (hal_gpio_readpin(gpioa, gpio_pin_0) == gpio_pin_reset); } } /* user code end 3 */
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例如：端口 gpioa 包括 pa0 ～ pa15 这 16 个引脚，通过 10 个硬件寄存器控制引脚工作。
引脚（pin）： 对应微控制器的一个管脚，归属于端口，由端口寄存器的对应位控制。pa0，属于端口 gpioa，输出电平由端口 gpioa 的输出数据寄存器 gpioa_odr 的第 0 位决定。
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5 gpio 工作模式输入模式：浮空输入/上拉输入/下拉输入 浮空输入：按键识别上拉输入：io 内部上拉电阻输入下拉输入：io 内部下拉电阻输入输出模式：推挽输出/开漏输出推挽输出时，p-mos 管和 nmos 管轮流工作，可以输出高电平或低电平。主要用于连接数字器件，如指示灯和继电器等模块；开漏输出时，p-mos 管关闭，只有 n-mos 管工作，此时只能输出低电平。要输出高电平必须外加上拉电阻，主要用于 i2c 总线。模拟模式模拟状态：表示引脚功能选择为模拟模式，但不作为任何片内模拟外设的复用脚，只是为了减少系统功耗。模拟外设复用引脚：表示引脚作为片内模拟外设（a/d 转换模块、d/a 转换模块、模拟比较器等）的复用脚，用于完成相应的功能操作。复用模式
在 cubemx 软件的引脚分配图中点击引脚即可弹出引脚的复用功能复用推挽：片内外设功能（urat 的 tx，rx，spi 的 mosi，miso，sck，ss ）；复用开漏：片内外设功能（ i2c 的 scl，sda ）。6 基于 hal 库控制 gpio6.1 gpio 外设的数据类型引脚初始化： 采用结构体类型实现，用于定义引脚的序号、工作模式、输出速度等基本特性。引脚电平状态： 采用枚举类型实现，用于定义引脚的电平状态：高电平和低电平。引脚所属端口： 采用结构体指针实现，用于访问该端口所对应的寄存器组。引脚初始化数据类型
成员变量 pin 的取值范围：gpio_pin_0 ~ gpio_pin15
成员变量 pin 的取值范围：
gpio_mode_input浮空输入模式
gpio_mode_output_pp 推挽输出模式
gpio_mode_output_od 开漏输出模式
gpio_mode_af_pp 复用功能下的推挽模式
gpio_mode_af_od 复用功能下的开漏模式
gpio_mode_analog 模拟模式
成员变量 pull 的取值范围：
gpio_nopull没有上拉或下拉电阻激活
gpio_pullup 上拉电阻激活
gpio_pulldown 下拉电阻激活
成员变量 speed 的取值范围：
gpio_speed_freq_low引脚输出速度 2mhz
gpio_speed_freq_medium 引脚输出速度 12.5mhz ～ 50mhz
gpio_speed_freq_high 引脚输出速度 25mhz ～ 100mhz
gpio_speed_freq_very_high 引脚输出速度 50mhz ～ 200mhz
成员变量 alternate 的取值范围
alternate 表示引脚的复用功能；由于不同型号的 stm32 微控制器片内集成的外设不同，因此该成员变量的取值范围由芯片型号决定。以 stm32f1 系列芯片为例，通过查阅stm32f1xx_hal_gpio_ex.h文件可以了解 alternate 的取值范围；该成员变量的取值一般通过 cubemx 软件分配，不需要用户手动设置；引脚电平状态数据类型
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函数原型void hal_gpio_deinit (gpio_typedef * gpiox, uint32_t gpio_pin)
功能描述 复位引脚到初始状态
入口参数 1 gpiox：引脚端口号，取值范围是 gpioa ～ gpiok
入口参数 2 gpio_init：指向引脚初始化类型 gpio_inittypedef 的结构体指针，该结构体包含指定引脚的配置参数
返回值 无
注意事项 该函数需要用户调用
读取引脚函数：hal_gpio_readpin
函数原型gpio_pinstate hal_gpio_readpin ( gpio_typedef * gpiox, uint16_t gpio_pin )
功能描述 读取引脚的电平状态
入口参数 1 gpiox：引脚端口号，取值范围是 gpioa ～ gpiok
入口参数 2 gpio_init：指向引脚初始化类型 gpio_inittypedef 的结构体指针，该结构体包含指定引脚的配置参数
返回值 gpio_pinstate：表示引脚电平状态的枚举类型变量，可以是gpio_pin_set 或 gpio_pin_reset
注意事项 该函数需要用户调用
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函数原型void hal_gpio_writepin( gpio_typedef * gpiox, uint16_t gpio_pin, gpio_pinstate pinstate )
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入口参数 2 gpio_init：指向引脚初始化类型 gpio_inittypedef 的结构体指针，该结构体包含指定引脚的配置参数
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函数原型void hal_gpio_togglepin (gpio_typedef * gpiox, uint16_t gpio_pin)
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入口参数 2 gpio_init：指向引脚初始化类型 gpio_inittypedef 的结构体指针，该结构体包含指定引脚的配置参数
返回值 无
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抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒。为确保cpu对键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态，并且必须判别到键释放稳定后再作处理。
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pa1 保持默认 gpio 输出模式即可
pa0 配置为输入模式，上拉
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开启外设时钟 rcc配置 pa0，pa1 两个引脚结构void mx_gpio_init(void){ gpio_inittypedef gpio_initstruct = {0}; /* gpio ports clock enable */ __hal_rcc_gpioa_clk_enable(); __hal_rcc_gpiob_clk_enable(); /*configure gpio pin output level */ hal_gpio_writepin(gpioa, gpio_pin_1, gpio_pin_reset); /*configure gpio pin : pa0 */ gpio_initstruct.pin = gpio_pin_0; gpio_initstruct.mode = gpio_mode_input; gpio_initstruct.pull = gpio_pullup; hal_gpio_init(gpioa, &gpio_initstruct); /*configure gpio pin : pa1 */ gpio_initstruct.pin = gpio_pin_1; gpio_initstruct.mode = gpio_mode_output_pp; gpio_initstruct.pull = gpio_nopull; gpio_initstruct.speed = gpio_speed_freq_low; hal_gpio_init(gpioa, &gpio_initstruct);}编写程序在main.c中编写程序
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