MM32F0140 GPIO学习笔记
一、gpio简介
gpio作为通用输入输出端口，其全称为general purpose input output，能够通过软件自由配置引脚状态及工作模式。除通用输入输出功能外，部分gpio端口还可被用作第二功能的配置，即为复用功能。
每个通用i/o端口都可以通过软件自由配置为4种输入模式与4种输出模式。
输入模式
通过配置gpiox_crl寄存器或gpiox_crh寄存器中的modex[1:0]为00，即配置为输入模式，配置寄存器中的cnfx[1:0]选择工作模式（mm32f0140 的gpiox中“x”的范围为a到d）。
图1. 输入浮空/上拉输入/下拉输入/模拟输入配置
输入浮空：
浮空就是输入引脚即不接高电平也不接低电平，如图1所示，i/o端口的数据在每个ahb时钟被采样到输入数据寄存器，通过读访问输入数据寄存器获取当前i/o状态，输入浮空常用于复用功能。
上拉输入：
电阻与vdd相连，形成上拉电阻，i/o端口在空闲时为高电平，能够用于检测由高到低的电平变化，常用于按键检测。
下拉输入：
电阻与vss相连，形成下拉电阻，i/o端口在空闲时为低电平，能够用于检测由低到高的电平变化。
模拟输入：
模拟输入是模拟信号的输入，在模拟输入模式下，上拉电阻、下拉电阻及斯密特触发器均被禁止。
输出模式
通过配置gpiox_crl寄存器或gpiox_crh寄存器中的cnfx[1:0]选择输出模式，配置gpiox_crl中的modex[1:0]选择输出速度（modex[1:0]不为00）。当i/o端口使用复用输出功能时，端口必须配置为复用功能输出模式（推挽或开漏），输出配置如图2所示。
图2. 输出配置
开漏输出：
在开漏输出模式中，输出控制寄存器配置为0时，数据经过输出控制模块，mos管的栅极接收到高电平，mos管导通，此时i/o端口接通在gnd上，即对应引脚输出低电平；当输出控制寄存器配置为1，数据经过控制模块，给予mos管的栅极一个低电平，此时mos管不导通，对应的管脚处于高阻态。因此，开漏输出通常输出低电平，若要输出高电平则需外加上拉电阻。
推挽输出：
推挽输出一般指两个mos管分别受两个互补信号的控制，总是在一个mos管导通时另一个mos管截止。当输出控制寄存器配置为0时，数据经过输出控制模块，mos管的栅极接收到高电平，n-mos管导通，p-mos管不导通，此时i/o端口接通在vss上，即对应引脚输出为低电平；当输出控制寄存器配置为1时，数据经过输出控制模块，mos管的栅极接收到低电平，p-mos管导通，n-mos管不导通，此时i/o端口接通在vdd上，即对应引脚输出为高电平。因此，推挽输出可以输出高低电平。
图3. 复用功能配置
复用开漏输出：
配置gpiox_afrh与gpiox_afrl寄存器的afrlx[3:0]与afrhx[3:0]选择复用功能。当gpio被作为第二功能使用时，模式配置为复用模式，复用功能配置如图3所示。以图4为例，若要配置pb10引脚作为i2c_scl，则在配置gpio模式时要选择复用模式。通过片上外设复用功能，使用mos管实现输出。通常i2c使用gpio的复用功能时会使用复用开漏输出模式，由于i2c的一个主设备可挂载多个从设备，若不使用复用开漏输出，而使用复用推挽输出，数据传输时，两个从设备一个拉高，一个拉低，可能会造成短路。因此i2c大多使用gpio的复用开漏输出模式。
图4. mm32f0140部分引脚复用功能
复用推挽输出：
当gpio被作为第二功能配置使用时，模式需配置为复用模式，通过配置gpio_afrh与gpiox_afrl寄存器的afrlx[3:0]与afrhx[3:0]选择复用功能，通过片上外设复用功能，使用两个mos管来实现输出。与推挽输出不同，复用推挽输出模式下端口的i/o操作由对应复用的功能模块控制，而推挽输出模式下控制i/o端口需对gpio内部的寄存器进行操作。
二、配置gpio
首先，使能对应i/o口的时钟，根据所使用的外设对rcc的rcc_ahbenr寄存器进行赋值，将对应外设位置1即可使能时钟，详细外设如图5所示。
图5. mm32f0140 ahb外设
其次，配置所需的gpio引脚、速度及工作模式。端口0到端口7使用gpiox_crl寄存器配置工作模式与速度，该寄存器中modex[1:0]位表示端口输入输出速度，cnfx[1:0]位表示端口工作模式（”modex”与”cnfx”的”x”表示指定端口号）。若配置gpiox_crl寄存器中的modex位等于00则端口为输入模式，此时cnfx位有四种配置方式，分别为：00（模拟输入模式），01（浮空输入模式），10（上拉/下拉输入模式）；若modex位不为00，则对应端口为输出模式，此时cnfx具有四种配置方式：00（推挽输出模式），01（开漏输出模式），10（推挽复用模式），11（开漏复用模式）。端口8到端口15的配置使用gpiox_crh寄存器配置指定端口的工作模式与速度，详细配置方式与cpiox_crl寄存器相同。
若使用端口复用功能，需对gpiox_afrl（端口复用功能低位）寄存器与gpiox_afrh（端口复用功能高位）寄存器进行配置。端口号为0到7则使用gpiox_afrl寄存器，端口号为8到15则使用gpiox_afrh寄存器，根据端口号与复用功能表进行配置，例如若使用pa0引脚作为i2c1_scl，则需将gpiox_afrl寄存器中af3的对应位置1（gpio的工作模式也要配置为复用模式），pa端口的复用功能表如图6所示。
图6 mm32f0140 pa端口复用功能表
三、实验
本实验通过使用gpio获取按键状态控制led亮灭，读取指定gpio端口引脚的输入数据（读gpiox_idr寄存器）来获取当前的按键状态，通过对端口设置/清除寄存器（gpiox_bsrr寄存器）与端口位清除寄存器（gpiox_brr寄存器）的对应端口赋值，使对应的led亮灭。具体实验内容为配置pb3引脚对应led2, pb4引脚对应led3，pb2引脚对应的k2（如图7所示），若k2按下，则k2对应的端口输入低电平，设置实验现象为led2灭、led3亮，k2处于非按下时，k2对应的端口输入高电平，设置实验现象为led2亮、led3灭。
图7 引脚配置原理图
外设时钟初始化
gpio在ahb线上，实验使用引脚均为gpiob组的引脚，因此对rcc_ahbenr寄存器的gpiob对应位置1。
rcc->ahb1enr |= (1u 按键扫描
读gpiox_idr寄存器获取对应端口输入数据，本实验中k2配置为上拉输入，即按键未按下时为高电平，按下按键后，k2对应端口输入为低电平。若gpiox_bsrr寄存器的低16位的对应端口位置1，则该端口为高电平；若gpiox_brr寄存器的对应端口位置1，则该端口为低电平。实验设置按键未按下时，led2（pb3）亮、led3（pb4）灭；按下按键时led2灭、led3亮。
while(1){ //k2的引脚为pb2, 1u 图9.实验效果
来源：灵动mm32mcu
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gpio作为通用输入输出端口，其全称为general purpose input output，能够通过软件自由配置引脚状态及工作模式。除通用输入输出功能外，部分gpio端口还可被用作第二功能的配置，即为复用功能。
每个通用i/o端口都可以通过软件自由配置为4种输入模式与4种输出模式。
输入模式
通过配置gpiox_crl寄存器或gpiox_crh寄存器中的modex[1:0]为00，即配置为输入模式，配置寄存器中的cnfx[1:0]选择工作模式（mm32f0140 的gpiox中“x”的范围为a到d）。
图1. 输入浮空/上拉输入/下拉输入/模拟输入配置
输入浮空：
浮空就是输入引脚即不接高电平也不接低电平，如图1所示，i/o端口的数据在每个ahb时钟被采样到输入数据寄存器，通过读访问输入数据寄存器获取当前i/o状态，输入浮空常用于复用功能。
上拉输入：
电阻与vdd相连，形成上拉电阻，i/o端口在空闲时为高电平，能够用于检测由高到低的电平变化，常用于按键检测。
下拉输入：
电阻与vss相连，形成下拉电阻，i/o端口在空闲时为低电平，能够用于检测由低到高的电平变化。
模拟输入：
模拟输入是模拟信号的输入，在模拟输入模式下，上拉电阻、下拉电阻及斯密特触发器均被禁止。
输出模式
通过配置gpiox_crl寄存器或gpiox_crh寄存器中的cnfx[1:0]选择输出模式，配置gpiox_crl中的modex[1:0]选择输出速度（modex[1:0]不为00）。当i/o端口使用复用输出功能时，端口必须配置为复用功能输出模式（推挽或开漏），输出配置如图2所示。
图2. 输出配置
开漏输出：
在开漏输出模式中，输出控制寄存器配置为0时，数据经过输出控制模块，mos管的栅极接收到高电平，mos管导通，此时i/o端口接通在gnd上，即对应引脚输出低电平；当输出控制寄存器配置为1，数据经过控制模块，给予mos管的栅极一个低电平，此时mos管不导通，对应的管脚处于高阻态。因此，开漏输出通常输出低电平，若要输出高电平则需外加上拉电阻。
推挽输出：
推挽输出一般指两个mos管分别受两个互补信号的控制，总是在一个mos管导通时另一个mos管截止。当输出控制寄存器配置为0时，数据经过输出控制模块，mos管的栅极接收到高电平，n-mos管导通，p-mos管不导通，此时i/o端口接通在vss上，即对应引脚输出为低电平；当输出控制寄存器配置为1时，数据经过输出控制模块，mos管的栅极接收到低电平，p-mos管导通，n-mos管不导通，此时i/o端口接通在vdd上，即对应引脚输出为高电平。因此，推挽输出可以输出高低电平。
图3. 复用功能配置
复用开漏输出：
配置gpiox_afrh与gpiox_afrl寄存器的afrlx[3:0]与afrhx[3:0]选择复用功能。当gpio被作为第二功能使用时，模式配置为复用模式，复用功能配置如图3所示。以图4为例，若要配置pb10引脚作为i2c_scl，则在配置gpio模式时要选择复用模式。通过片上外设复用功能，使用mos管实现输出。通常i2c使用gpio的复用功能时会使用复用开漏输出模式，由于i2c的一个主设备可挂载多个从设备，若不使用复用开漏输出，而使用复用推挽输出，数据传输时，两个从设备一个拉高，一个拉低，可能会造成短路。因此i2c大多使用gpio的复用开漏输出模式。
图4. mm32f0140部分引脚复用功能
复用推挽输出：
当gpio被作为第二功能配置使用时，模式需配置为复用模式，通过配置gpio_afrh与gpiox_afrl寄存器的afrlx[3:0]与afrhx[3:0]选择复用功能，通过片上外设复用功能，使用两个mos管来实现输出。与推挽输出不同，复用推挽输出模式下端口的i/o操作由对应复用的功能模块控制，而推挽输出模式下控制i/o端口需对gpio内部的寄存器进行操作。
二、配置gpio
首先，使能对应i/o口的时钟，根据所使用的外设对rcc的rcc_ahbenr寄存器进行赋值，将对应外设位置1即可使能时钟，详细外设如图5所示。
图5. mm32f0140 ahb外设
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图6 mm32f0140 pa端口复用功能表
三、实验
本实验通过使用gpio获取按键状态控制led亮灭，读取指定gpio端口引脚的输入数据（读gpiox_idr寄存器）来获取当前的按键状态，通过对端口设置/清除寄存器（gpiox_bsrr寄存器）与端口位清除寄存器（gpiox_brr寄存器）的对应端口赋值，使对应的led亮灭。具体实验内容为配置pb3引脚对应led2, pb4引脚对应led3，pb2引脚对应的k2（如图7所示），若k2按下，则k2对应的端口输入低电平，设置实验现象为led2灭、led3亮，k2处于非按下时，k2对应的端口输入高电平，设置实验现象为led2亮、led3灭。
图7 引脚配置原理图
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while(1){ //k2的引脚为pb2, 1u
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