1 GPIO简介
! o% ^( ?! Q9 a* O; w. }GPIO,即通用I/O(输入/输出)端口，是STM32可控制的引脚。STM32芯片的GPIO引脚与外部设备连接起来，可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。

STM32F407有7组IO。分别为GPIOA~GPIOG，每组IO有16个IO口，共有112个IO口  通常称为 PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx，其中x为0-15。  并且F4系列是基于Cortex-M4内核  

GPIO的复用：

" j6 S4 {" W6 V* ^STM32F4 有很多的内置外设，这些外设的外部引脚都是与 GPIO 共用的。也就是说，一个引脚可以有很多作用，但是默认为IO口，如果想使用一个 GPIO内置外设的功能引脚，就需要GPIO的复用，那么当这个 GPIO 作为内置外设使用的时候，就叫做复用。    比如说串口  就是GPIO复用为串口
9 J) [2 ~2 _0 S: U! V
; N* ^8 q2 S% O% U+ L- }2 GPIO的工作模式
1、4种输入模式
（1）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
（2）GPIO_Mode_IPU 上拉输入
（3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入
$ Q3 w# V$ r, t# ^- S（4）GPIO_Mode_AIN 模拟输入

2、4种输出模式
（5）GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出（带上拉或者下拉）
（6）GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出（带上拉或者下拉）
+ i% r' ?( F) `' k* V（7）GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出（带上拉或者下拉）
（8）GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出（带上拉或者下拉）

3、4种最大输出速度
) {+ P3 t+ l4 G' P. P( I（1）2MHZ  (低速)
9 W8 h2 `4 p+ A, G& `0 E（2）25MHZ  (中速)
& S; V: c! J: T/ f3 R! `' j（3）50MHZ  (快速)
5 c4 `! s/ L7 \' N（4）100MHZ  (高速)

& K" ^* y4 X/ Q1 m关于他们的定义，都在  stm32f4xx_gpio.h 中，都为结构体形式的定义

. e* m8 m0 k) R1 E7 u/ E7 \0 Z6 T3 GPIO框图剖析

  T  w" W6 x/ ]8 ?

" Y; l5 d" E  z5 T9 w( o. k
我们所用到的每一个GPIO其内部结构都是这样，分别对应着GPIO的八种模式  这里我们简单的介绍下：
0 G- r" G* K! s+ n
4 U5 [  O( P3 B6 C+ R* k保护二极管：  IO引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入，当引脚电压高于VDD_FT时，上方的二极管导通，当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁
+ O3 v: X( w' L5 _上拉、下拉电阻：控制引脚默认状态的电压，开启上拉的时候引脚默认电压为高电平，开启下拉的时候引脚默认电压为低电平
TTL施密特触发器：基本原理是当输入电压高于正向阈值电压，输出为高；当输入电压低于负向阈值电压，输出为低；IO口信号经过触发器后，模拟信号转化为0和1的数字信号    也就是高低电平  并且是TTL电平协议   这也是为什么STM32是TTL电平协议的原因
0 t! o* k* g( u) \: D9 ^/ _ P-MOS管和N-MOS管：信号由P-MOS管和N-MOS管，依据两个MOS管的工作方式，使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式     P-MOS管高电平导通，低电平关闭，下方的N-MOS低电平导通，高电平关闭
注：  VDD_FT  代表IO口，兼容3.3V和5V，如果没有标注“FT”，就代表着不兼容5V      

在芯片数据手册的引脚定义中，会看到有“I/O电平”一列  有FT即为支持5V
5 C+ \3 C2 l& l' u" Q0 H
* ]: _0 t4 L! F8 d

4 GPIO的八种工作模式剖析：
浮空输入模式

1 p5 i. m  }4 n8 c& x% x% S9 N

# Z, y3 q; m( o6 [' M浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。MCU直接读取I/O口电平，I/O的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。 (接用电压表测量其引脚电压为1点几伏，这是个不确定值) 以用来做KEY识别

上拉输入模式
/ {- _$ I6 a0 a8 n. |
  h$ j3 X# v' S4 l' B4 ^

9 H1 T0 t4 _- k IO内部接上拉电阻，此时如果IO口外部没有信号输入或者引脚悬空，IO口默认为高电平  如果I/O口输入低电平，那么引脚就为低电平，MCU读取到的就是低电平
2 |+ H# X: u8 q; V
( S$ z0 d0 }& M% BSTM32的内部上拉是"弱上拉"，即通过此上拉输出的电流是很弱的，如要求大电流还是需要外部上拉。
0 X  f4 g: Y. \, C5 i9 D" T
, M! P3 N: ]: \0 d# J下拉输入模式
  f2 \4 ?: E+ F2 r5 v8 E

4 r5 f) k9 v6 p  p0 h7 ]
IO内部接下拉电阻，此时如果IO口外部没有信号输入或者引脚悬空，IO口默认为低电平  如果I/O口输入高电平，那么引脚就为高电平，MCU读取到的就是高电平
9 I6 _9 S) h& p0 q5 u
8 K1 @, j2 |8 O4 Q. W/ Z5 k- a模拟输入模式

& L( Z7 S  j; `& b8 s, D6 m当GPIO引脚用于ADC采集电压的输入通道时，用作"模拟输入"功能，此时信号不经过施密特触发器，直接直接进入ADC模块，并且输入数据寄存器为空 ，CPU不能在输入数据寄存器上读到引脚状态

( W! j- F7 q- q' q+ m$ d7 {当GPIO用于模拟功能时，引脚的上、下拉电阻是不起作用的，这个时候即使配置了上拉或下拉模式，也不会影响到模拟信号的输入输出

除了 ADC 和 DAC 要将 IO 配置为模拟通道之外其他外设功能一律 要配置为复用功能模式，

开漏输出模式（带上拉或者下拉）
: T, _% I8 x! a" N- W
  x9 {# N) s/ c2 z

/ \' ~2 z$ p8 }' J9 n  h
在开漏输出模式时，只有N-MOS管工作，如果我们控制输出为0，低电平，则P-MOS管关闭，N-MOS管导通，使输出低电平，I/O端口的电平就是低电平，若控制输出为1时，高电平，则P-MOS管和N-MOS管都关闭，输出指令就不会起到作用，此时I/O端口的电平就不会由输出的高电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定   如果没有上拉或者下拉 IO口就处于悬空状态
& j; O& S' D6 W* ?; [  A
8 N1 d( [! i/ G$ n% J并且此时施密特触发器是打开的，即输入可用，通过输入数据寄存器GPIOx_IDR可读取I/O的实际状态。，I/O口的电平不一定是输出的电平   
- J+ d# T5 T6 d- c( W7 g! N

: Q1 A+ T. [" x. }; @  }
- ^5 ?; h! D- o" @7 f1 z在推挽输出模式时，N-MOS管和P-MOS管都工作，如果我们控制输出为0，低电平，则P-MOS管关闭，N-MOS管导通，使输出低电平，I/O端口的电平就是低电平，若控制输出为1 高电平，则P-MOS管导通N-MOS管关闭，使输出高电平，I/O端口的电平就是高电平，  外部上拉和下拉的作用是控制在没有输出时IO口电平

7 U% j2 q8 a5 F& R7 [& I. ~此时施密特触发器是打开的，即输入可用，通过输入数据寄存器GPIOx_IDR可读取I/O的实际状态。I/O口的电平一定是输出的电平   
- l# _' e8 o" `/ P* B
复用开漏输出（带上拉或者下拉）
9 F7 s' W  T' U: G

2 y3 S) d* F4 _% B7 cGPIO复用为其他外设，输出数据寄存器GPIOx_ODR无效；  输出的高低电平的来源于其它外设，施密特触发器打开，输入可用，通过输入数据寄存器可获取I/O实际状态    除了输出信号的来源改变 其他与开漏输出功能相同
  j8 W; L8 ^: |8 P* V: u! N
复用推挽输出（带上拉或者下拉）
2 ~# g. Y7 F" o- F! w/ `6 j

& C$ l, z, `+ AGPIO复用为其他外设(如 I2C)，输出数据寄存器GPIOx_ODR无效；  输出的高低电平的来源于其它外设，施密特触发器打开，输入可用，通过输入数据寄存器可获取I/O实际状态    除了输出信号的来源改变 其他与开漏输出功能相同


开漏输出和推挽输出的区别：
. @) L! y$ `. M# F
推挽输出：
4 z9 t! f3 k/ w6 o" h) a" x/ e
可以输出强高低电平，连接数字器件

推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止.
( y/ y! h* d1 n( S  R; ^* Z
开漏输出：

可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极. 需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平  合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)；
1 B; W$ y" o3 U  ?6 C* V
6 C! U/ e& J; u% R; @+ @0 j在使用任何一种开漏模式时，都需要接上拉电阻，否则只能输出低电平

5 |/ V& {) Z5 z

3 B, a' g$ S+ ]8 @* d- x0 c  L
推挽输出电路： 其中IN端输出高电平时下面的PNP三极管截止，而上面NPN三极管导通，输出电平VS+；当IN端输出低电平时则恰恰相反，PNP三极管导通，输出和地相连，为低电平   
) X' Z4 R5 A2 P7 C; L" g
开漏输出电路：IN端输出低电平时，三极管导通，使输出接地，IN端输出高电平时，三极管截止，所以引脚既不输出高电平，也不输出低电平，为高阻态。为正常使用时必须接上拉电阻，
# s- y( P8 a2 F3 g8 X5 e: f
' A0 @2 s- {" h8 Y" O2 @在STM32中选用IO模式:
8 e. k; @0 l( U* B& K6 [( D& I% R
上拉输入、下拉输入可以用来检测外部信号；例如，按键等；
模拟输入 ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电
开漏输出一般应用在I2C、SMBUS通讯等需要"线与"功能的总线电路中。
# X! R, b4 Z" O4 t. U# I 推挽输出模式一般应用在输出电平为0和3.3伏而且需要高速切换开关状态的场合。在STM32的应用中，除了必须用开漏模式的场合，我们都习惯使用推挽输出模式。
复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能（I2C的SCL,SDA）
5 \- S9 O/ b5 o* q5 M复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）
. V, m" R7 v0 x3 P* G1 J' j- a4 ^F4系列与F1系列区别:
本质上的区别是F4系列采用了Cortex-M4内核  而F1系列采用Cortex-M3内核

F1系列(M3)IO口基本结构：
/ s. G8 M$ j" g' \$ G% @
6 w% }& ~$ E( y; O! Z

F4系列(M4)IO口基本结构：

F4系列设计的更加高级与人性化，他将外部上下拉电阻转移到了输出/输入驱动器外部，使得输出模式下也可以实现内部上拉与下拉，方便了用户的使用，增加了灵活性
2 E( {. w2 D  c
, |* j1 x% f& e- ]& `GPIO的初始化(F4)
这里我们以初始化LED为例
- w0 }( ]% P/ B: F6 _
1.定义一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体

4 N9 |9 e! O7 C; H

1. GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;   /*定义一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体*/

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一共有5个参数

1 e' N. {4 ]% D& H' }

7 p& z; s8 }0 j  i8 c
# _* ^( @+ w  U. T/ C8 Y5 N) c% ?

2开启 LED 相关的 GPIO 外设时钟
7 [; ~5 h; i% z

1. RCC_AHB1PeriphClockCmd ( RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);     /*开启 AHB1时钟*/

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   Q:为什么要设置时钟？

    任何外设都需要时钟，51单片机，stm32，430等等，因为寄存器是由D触发器组成的，往触发器里面写东西，前提条件是有时钟输入。stm32是低功耗，他将所有的门都默认设置为disable(不使能)，在你需要用哪个门的时候，开哪个门就可以，也就是说用到什么外设，只要打开对应外设的时钟就可以，   其他的没用到的可以还是disable(不使能)，这样耗能就会减少。
! a3 G' Z$ ^; m$ H
" k- W! |: [: G" b* N8 uQ:为什么 STM32 要有多个时钟源呢？
' O) x! D, S( N; z4 P
1 L2 X1 d1 d6 T) h3 l; |- W因为首 先 STM32 本身非常复杂，外设非常的多，但是并不是所有外设都需要系统时钟这么高的频率， 比如看门狗以及 RTC 只需要几十 k 的时钟即可。同一个电路，时钟越快功耗越大，同时抗电磁 干扰能力也会越弱，所以对于较为复杂的 MCU 一般都是采取多时钟源的方法来解决这些问题。

3 r) v7 ^4 ~3 T$ d. l
而相对应的外设功能所使用的时钟 在stm32f4xx.h 中即可查看到

RCC_AHB1
3 W, N- i( Y1 L: z0 f6 O' W, R

2 \3 W7 d1 q5 A' R! u7 {2 a
RCC_APB1

" q$ u$ _' {* Y5 s& b
2 `7 m" [; Y# I& D3 c4 e4 {9 _8 Q+ L3选择要控制的 GPIO 引脚
; H- d: c5 c/ H$ L8 h; L$ u
( I! Q: J6 \+ o- w0 f4 g

1. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;  /*选择Pin9引脚*/
   

复制代码

可选引脚为0-15 一组IO口有16个引脚

, x9 ?7 t+ R6 ~3 P# ?* M/ J! U

+ T, I+ E0 }; I, \
2 `7 Y' y! {: f; Q$ n& l2 g! f9 h4设置所选引脚的模式

1. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;   /*设定为输出模式*/

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) x/ y1 Z5 U% T# ~引脚的模式共有四种，分别为输入，输出，复用，和模拟模式
( L+ M% a' e! G( o: ~

8 ~& R3 [+ W- _2 m7 O- ~0 Q8 U& N5 设定所选引脚的输出类型

1. GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; /*设置引脚的输出类型为推挽输出*/

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输出模式有两种：推挽输出和开漏输出   

9 F' V) N% Z, G, A% Y6 A只有输出模式才需要配置，输入模式下不需要配置

7 e3 G# W: j) s% H8 k6 设定所选管脚的速度
" A# H) W# x! e& r

1. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//设定速度为100MHz  高速模式

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2 L1 a) O2 k5 o

+ p- \- l  [* Z  R# t4 {$ ^

7 设定所选管脚的上拉与下拉

5 Y; x7 N6 f$ \  M, q

1. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; /*设置引脚为上拉模式*/

复制代码

8 T0 [% C2 M" T可设置为：上拉，下拉，与浮空

- C5 \. R7 L( t. f
8初始化GPIO
+ A" d8 n9 ]4 x" t% y6 s
9 K! a3 @2 B7 C$ x- K

1. GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);    //初始化所设置的引脚

复制代码

, t9 N( s/ T+ M6 a$ v8 s0 ^) _: CGPIO_Init() 是官方配置的初始化函数  第一个参数是GPIOX 第二个参数是结构体所对应GPIO各种参数的配置
8 U! _  m0 P/ `! t  E  \1 Z
' [  ]7 b0 h" d4 [5 a# r4 [/ x, {GPIO的初始化(F1)
8 \: w1 E9 i1 aF4的初始化相较于F1系列有了很大的改变，在配置F1系列时，结构体只有三个参数  

GPIO_InitTypeDef 类型的结构体
1 @$ P- c, S+ u$ ]8 a
* ]/ B$ F0 e9 r, R  Q

& W! q9 f* f4 y! w
6 |7 q0 @5 j' R6 c% r所选管脚的速度

+ V* |6 \9 w) g0 O8 k& C; A所选管脚的8种模式

+ B" Y3 l4 _- c! H, r: E9 R1 g. _' K
区别：

- t& o+ e/ B6 ?" @ F1(M-3)系列管脚速度只有三种模式  并且管脚的模式配置八种模式全部都在一起定义，直接设置即可
" V# E% D9 k1 ?' X7 K7 a3 B" h
总归还是大同小异，不做过多介绍，看下下方配置即可

1. void led_init(void)
   " m# P' n8 P- u! d( j
2. {
   # k1 b' }$ V0 T# l8 Z
3.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                    //定义初始化结构体
   
4.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟
   . T, e$ o3 t6 _; F- C* L* m  v
5.         
   4 y9 d7 v- [; w. c6 h
6.         GPIO_InitStruct.GPIO_Mode    = GPIO_Mode_Out_PP;     //配置模式
   
7.         GPIO_InitStruct.GPIO_Pin     = GPIO_Pin_0;           //配置哪个IO口
   
8.         GPIO_InitStruct.GPIO_Speed   = GPIO_Speed_50MHz;     //配置IO口速度,仅输出有效
   4 P0 F8 [9 T# y7 d6 N  Z
9.         GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);                   //初始化GPIOA的参数为以上结构体
   
10. }

复制代码

0 r' T4 f/ ?0 ?0 H" g4 w

% c+ |8 }" ?7 n  O9 L/ ~/ N5 x, Y