1 GPIO简介
2 A3 ]9 P: D; a. FGPIO,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  
8 N# D+ q- n4 d3 F+ _% E
+ S& o4 [: W! S5 X: M! y1 J7 oGPIO的复用：
+ M9 |. ^9 C3 |+ u6 |- \* n8 z" h. [
9 d+ Y! r+ ~( U: \% _6 }0 [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

2 GPIO的工作模式
1、4种输入模式
' Q0 D/ z2 A" u' w" `) Q7 ^+ I* i（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
7 ]9 N5 R& A9 S3 c3 l（4）GPIO_Mode_AIN 模拟输入
' N& @+ N- b. T. t" ]; {
  @& a2 H" N+ c* X% \6 I2、4种输出模式
% ~8 F- v: y- S4 b0 N9 I: M（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）
（7）GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出（带上拉或者下拉）
0 y$ g0 k( q- I; Y- d- c（8）GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出（带上拉或者下拉）

8 |$ k" m5 \% Z- n/ S0 t& ]8 B3、4种最大输出速度
（1）2MHZ  (低速)
（2）25MHZ  (中速)
（3）50MHZ  (快速)
' q' v1 O) U5 f& n/ F  {  }（4）100MHZ  (高速)

关于他们的定义，都在  stm32f4xx_gpio.h 中，都为结构体形式的定义
$ N% s$ `$ D0 G& W
" m1 @2 y- z% T$ h# u+ I3 GPIO框图剖析
. q. L4 O  Q) o( u; g# T
, F  }' E* E. x( C% I8 [8 b

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：
* v. K) v1 `/ Z
7 l; N/ X* Z- _# M. x+ \$ |1 K% s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
% h" ]* f; N3 O; L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
& m: |7 Q/ d  @- w" E6 \/ Q 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      

, D  n. P# m: S: Y6 Q' n( B) M. w 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

4 GPIO的八种工作模式剖析：
  J9 l6 Q8 k; i2 C) q6 Y- J- u 浮空输入模式
$ S% g) @/ k: q) v0 u; w
: U- M: S8 ?7 p

( s9 C/ g1 u2 ^5 `
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
" y2 d: b+ u+ v" N! i
上拉输入模式

, s: R4 K8 W9 U5 c! V

4 N) A' G+ f! N% z' o
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
$ F8 A+ O  [' U7 N5 z, b3 |6 Y$ a7 c
STM32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。

下拉输入模式

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
3 O( q2 p5 f5 o6 H( y( A' e
* D6 B6 ~% N) v1 A# u+ P1 [! |模拟输入模式
: \2 ?) r5 q5 V! Z

& T: m; k( r$ }) J! e  S- J
* L) o  M* E( k& F) p6 k3 u9 k# i0 R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
6 P, Z2 R! O' A) I1 v4 W
& r& T" I" Q8 F* K3 L" |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
3 [/ v% `: t% D6 f1 Q0 s
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，
2 ~! O$ U, X! J
开漏输出模式（带上拉或者下拉）
( _* R$ M4 ?5 p( \' W

8 N: S; J6 g; l  ]$ h# ^5 c+ z
% i- x- Q7 I7 f6 U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

) I: n& [4 R3 t7 Z+ Y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   

, c6 z" K& I+ ~+ H9 U( M
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
3 T) \7 ^' ^1 d, H. W
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   
% R* y6 F; n" @( R; f0 X
复用开漏输出（带上拉或者下拉）
' N8 U4 e0 o. F, _) ?
' B/ R) R* n1 n6 f% o

" o, q2 h, }; X' d8 g0 MGPIO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

复用推挽输出（带上拉或者下拉）
# ^+ H8 h' Z* ]' t0 F# |# x

' g2 c% L# ?# o* `6 T1 Y1 N
GPIO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
! }+ L# |) W  N3 W  Y" N1 E

7 k; q5 N$ r9 E/ z  j开漏输出和推挽输出的区别：
; Z8 M0 m. d+ M+ x5 ?* I
) A+ B% m( v7 `4 b/ p6 p推挽输出：

可以输出强高低电平，连接数字器件

* B8 m* u5 i* F4 `1 L- S1 T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.
" E6 t+ N2 d. K0 }* g
' m0 d0 h7 d* ]2 C0 a/ p8 |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)；

4 i( K/ i9 z4 ?! Z) r$ j* s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

: ]7 O" s) h" f" @8 k8 I

3 r* ?2 ~- J7 j1 H$ g1 f
9 ^4 T& A, H9 n- F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   
9 s1 _# U+ R" a4 a. J' r
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，

- [5 J3 A( I! z3 n0 t* z在STM32中选用IO模式:
1 L$ z" H* E, H% T1 _/ w3 z5 h
. L3 g& U4 \$ [& {; V 上拉输入、下拉输入可以用来检测外部信号；例如，按键等；
$ f/ r2 G( q* U  H9 n/ x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。
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）
复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）
# l# _5 d+ }) L! BF4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：
; D; o- y9 ?, L8 L. z- j

5 w! X) t7 g# e6 jF4系列(M4)IO口基本结构：
3 B" t# g) A+ D/ W5 J5 d
+ Y6 S+ X# v' g9 y

; {5 `/ H3 T6 Y9 b
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

$ p( k  }+ L$ ZGPIO的初始化(F4)
这里我们以初始化LED为例

1.定义一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体

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

复制代码

一共有5个参数
# t6 O2 ~7 B; N7 X

! l& \3 n2 a$ @, m
2开启 LED 相关的 GPIO 外设时钟
$ Z  D  n) f8 F  U# G

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？
" c5 p: c) B4 |% R, z: H
    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。

* Z6 u+ |) d- ^  ZQ:为什么 STM32 要有多个时钟源呢？
' y6 D% j8 w9 I, d  B! y
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。
+ u  R4 v  u. H: }( c
2 c+ U) D4 `/ V$ ^
+ W6 t6 c; M8 P5 a5 R- T; Q3 K2 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
/ S% k- b) e( [( f: @
( D! T! s+ D3 g; Q* d& e9 V$ dRCC_AHB1
# n% h2 j# }( i, J" w% `

7 S+ L0 w6 y8 D; m# t% R8 k
RCC_APB1
$ M" Q9 f, D1 S' a

$ Z. e2 x! [6 Z' z
3选择要控制的 GPIO 引脚

  `9 x2 R) e! t6 B- i/ o1 g

1. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;  /*选择Pin9引脚*/
   1 u6 F  r/ _- a# M. g4 t

复制代码

可选引脚为0-15 一组IO口有16个引脚
% v% I* P5 \8 ^  V! T- E6 ~) m+ {: i

4设置所选引脚的模式
% D( P4 J- x; `4 `  o

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

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引脚的模式共有四种，分别为输入，输出，复用，和模拟模式

+ h# g+ n' G2 `$ T% ^4 ?
3 Q) m; R+ ~8 i2 _6 W
! o1 |! }; a  r1 N8 ?- g5 设定所选引脚的输出类型

8 h1 N: ~& H. E  ^0 l* \" F& H

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

复制代码

输出模式有两种：推挽输出和开漏输出   
3 r4 p4 c! X3 m

, o  @- Y7 x6 t只有输出模式才需要配置，输入模式下不需要配置
! k* K6 S1 D/ z$ i$ u" M5 i; J8 \
6 设定所选管脚的速度

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

复制代码

! t4 B0 J8 _& W- ^8 ]6 R' L

& w$ H$ W$ F- J$ e& h* @7 H) H
) X) ^+ n/ h: W3 d: l7 设定所选管脚的上拉与下拉
7 h, z+ P$ o& t. x3 s5 W- \, m
5 h9 I% f% m0 S/ {: ~% V

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

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, P$ `5 z7 n4 x& N: C. {可设置为：上拉，下拉，与浮空
: U/ i* e! X2 n5 e% i2 ^! E- g7 {) e

1 B2 d9 Z% y1 I% u8初始化GPIO

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

复制代码

' Y# V" T+ s$ K$ Z6 d! bGPIO_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 ]. m: Z' q0 O, f( R/ @GPIO的初始化(F1)
F4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  
- W* x9 b! M' J! f# N. l- V/ [; Y0 J
GPIO_InitTypeDef 类型的结构体

: U  s) k1 @5 r. ^$ c. Q1 u8 q5 w

) L" X6 |+ M0 K( Z# h
; S1 `: u% H) l7 n7 E* M' Q/ M所选管脚的速度

& C( k, [& \" r: W

所选管脚的8种模式

' h: Y. w: u$ d" @1 m

7 h) I1 G2 C* E' X0 g
, i4 y1 j) |# ~) U8 W区别：

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

1 f" Z; A" V! u; ]: R+ u" c总归还是大同小异，不做过多介绍，看下下方配置即可

" Z+ N  R6 }8 G! @0 M3 x

1. void led_init(void)
   ' b* \7 o: t# {# g* ~7 O6 w
2. {
   ' D' C6 r% S5 t' {& k2 w/ Q2 z
3.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                    //定义初始化结构体
   ' g$ b8 {; P& a5 \1 h6 h7 O9 {
4.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟
   # N6 T  T; H" A/ i7 _" k* D+ _
5.         
     D! O; |) }0 s& `; R
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
   % \$ n' D' k' ~0 M# ?
9.         GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);                   //初始化GPIOA的参数为以上结构体
   # C# k, o9 ]" K
10. }

复制代码

, a; E. P2 j" S
, H) f* I" _: U0 D* U3 t