1 GPIO简介
& v6 f) R0 o' v! e) u) J# ^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  
* d9 C) K5 Y) k/ H9 k- U: U
GPIO的复用：
7 ~) N/ K0 y7 ^3 C
3 w8 G, b$ C$ B* oSTM32F4 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
（1）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
（2）GPIO_Mode_IPU 上拉输入
$ V/ t5 S$ z8 o5 }+ M! M# w（3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入
% p! ^4 V# K# _" @（4）GPIO_Mode_AIN 模拟输入
& a9 `  \% e' i
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）
（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）
  z4 _" ~% h: \
% e; `) A3 r( H4 B, O" k1 ?3、4种最大输出速度
（1）2MHZ  (低速)
（2）25MHZ  (中速)
; i2 R7 o7 W2 ]6 E（3）50MHZ  (快速)
（4）100MHZ  (高速)
, G4 j$ {* O) o1 h+ T% F+ G8 j* H
  \* l. ~- P1 z) H$ y- k1 s关于他们的定义，都在  stm32f4xx_gpio.h 中，都为结构体形式的定义

3 GPIO框图剖析
6 U0 r8 y+ a# E

% a- t  S1 c3 \  t. ]' J+ X8 z% H
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：
9 H3 K6 @8 @% R- `
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
1 N. s/ D4 N0 @. s" p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
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      
2 P% s8 j. ^, C  A" E8 c% |
: y0 a5 P3 L( [1 b; r& E3 s/ i) o 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

6 f4 L+ F' t* K: @1 c

: F; j8 R+ G1 J. U, c: i  b
/ C& l; X* k* w4 \) ]. O/ T7 M+ g4 GPIO的八种工作模式剖析：
浮空输入模式

7 f  \. f- t& e! d: q$ I5 d

& _3 v) V' Q3 h) y
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
# @' A) S4 N  e
- s  i, E8 D3 C8 [- R. E7 R4 R上拉输入模式
% t* l* k- Q% ^: a
4 W9 I4 \% [8 n% G) e7 Y# S

! J" l' {- g3 e9 d+ x  M 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

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。

1 f3 ^, p% {; ~$ I7 ^7 d. d0 c下拉输入模式
( D5 s. h2 C. }! h% o  [
& D1 u3 E$ E% [  P3 {, v+ M

$ }8 S% i4 }9 D  P 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
# K3 K9 ^* L5 R; E
模拟输入模式
, ?8 Y, m2 S. S
- h4 C8 b4 e4 o. e6 a1 p0 z3 c* X

: E. t$ ?1 H6 e
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
% k" J9 L( z9 ]& V# f
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
& l0 H! Q3 X5 P- t' A
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，
7 \, i% L8 q4 h  _: _
1 O8 ]  i1 k# l7 t5 v7 L开漏输出模式（带上拉或者下拉）

1 M$ c- v& F5 \* G

- X5 T# l+ z/ q  z

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
6 ?" E" b1 D# J/ g
% Z4 R  k0 U# |1 r' e5 o, q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   
( H6 r5 k8 i  h  P; t

/ l; m. x; k' r) O
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 ]' n2 S- _7 t+ c; A# X/ z
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   

4 ]2 O3 G* f2 \0 h+ Z复用开漏输出（带上拉或者下拉）

) S% l% y+ w' F

GPIO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

7 B0 `/ ^5 D: e4 W复用推挽输出（带上拉或者下拉）
; d' @1 A% A4 v/ v

1 R# O0 X$ ^/ ?6 h1 y" f
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

& Y% j$ U1 C1 L1 `/ q& B# T
开漏输出和推挽输出的区别：
6 r- p: D+ T; r5 C& m9 i( }
4 x2 P% _% a) x: P# I$ F4 ~推挽输出：

可以输出强高低电平，连接数字器件

3 I9 N  u1 t, s. O1 ]: m3 Z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.
$ \- N4 \, Y# Q8 W" l3 K4 G
开漏输出：

% A6 b% S4 u5 U! u; @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)；
. d; n/ o2 u! a' E( G% N
, p! N, \& Q* `- C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

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   
1 A# M, p' a! k9 V0 \4 X* k
- R& a. Q% E0 a6 A) C' E2 {- f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，
1 s" o! r& D5 ^2 o# M* h6 Z- ^5 c
在STM32中选用IO模式:
5 D7 ~5 w/ e/ h. n! Z# E8 I' o# y
# {4 x- X1 P# F" Q8 j 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。
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）
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：

# C! e. ]7 F7 ]; b; s1 V' w
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
' U% M' a/ h* {: V. L7 u
% ?6 o2 N1 |' G9 JGPIO的初始化(F4)
这里我们以初始化LED为例

& F  J# z. r0 I, W, M1.定义一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体
5 J8 f4 a; A( x: M, N: Q0 `, o/ ]5 W

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

! }0 |" O  ~: }& Y

) U2 A  t; o& I. D4 Q2 P
2开启 LED 相关的 GPIO 外设时钟

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

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1 z) O3 Q, {' h( F- n   Q:为什么要设置时钟？

. A, o" i! P8 l. e    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。

Q:为什么 STM32 要有多个时钟源呢？

; n4 X: t+ g: ~: E1 l' L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。

% i3 x2 ?- \# }( X/ j1 Z
& n" N, G, s5 h' r* \/ ?* N而相对应的外设功能所使用的时钟 在stm32f4xx.h 中即可查看到

! V2 b$ e! i  U' N0 y9 ]RCC_AHB1

% N2 F0 Y$ @- p* K
$ i4 N& U6 [' @8 m& y0 l' x; TRCC_APB1
( e5 e* e% v# L
1 I$ Z7 C$ n/ R! X

1 W1 G: {" l; W
3选择要控制的 GPIO 引脚

  R% ^3 n( D: l  Z- r$ [

1. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;  /*选择Pin9引脚*/
   % T* a/ v4 l9 T+ A' n5 @

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) [# c/ L0 [' m7 j可选引脚为0-15 一组IO口有16个引脚

) `/ V" d3 t6 F/ W. v2 L* Z

+ a# t, y, b) s; n
7 e' s# z1 R* q6 m. x  H  \4设置所选引脚的模式
- v" C% l8 [) O  q+ k1 ~/ m5 S

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

5 设定所选引脚的输出类型
2 b1 @& [1 W1 J: D4 L2 q
% w' J# C( D; w- J' f

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   
  o0 U6 o5 K  }
/ d, m9 G* P5 y8 n* w

2 m8 ^+ q/ n4 {* _2 D只有输出模式才需要配置，输入模式下不需要配置

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

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3 i6 l9 F* ?! a, |: v! B3 w0 T

$ y- Q. h2 ?/ W: e# O# ]7 设定所选管脚的上拉与下拉
% I4 L7 z5 S+ ?
$ W) p8 f2 ?; @6 ]0 J% a$ J3 S

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

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可设置为：上拉，下拉，与浮空

7 D0 e% f3 Y8 g* q5 L' K- {

* C+ Q: }) A3 z6 A
4 {' Y; s+ G( S( M( V8初始化GPIO

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

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4 C9 w; D7 D0 q' {9 K  R- KGPIO_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

/ f  X; F' Y4 c& ?* k9 BGPIO的初始化(F1)
2 v% O* W, z1 j6 y9 h5 ~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  
& n: b5 d3 ?$ G
% n8 Q3 }9 e. r, x GPIO_InitTypeDef 类型的结构体
; f& q2 _; t9 }* [5 G' h  k
" y2 M) _* Z+ v0 W% Y

  ~3 F9 t4 p9 t9 e0 K: x所选管脚的速度
; l5 W$ r1 ~2 b2 j" A8 C+ v& P
2 {  ?2 I6 Y/ C

  g# T1 s# k+ f8 u; H
所选管脚的8种模式
) Z2 G. g" Y0 C+ V
5 B; k, D; a+ p: K

( j& I( \$ o. c/ @0 U
' D& W& L* _2 h) j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
" ^, _4 T. ?0 u# A6 g
总归还是大同小异，不做过多介绍，看下下方配置即可
# x2 |, s( x' T# K, @

1. void led_init(void)
   1 B/ q- |' l  y2 C9 z
2. {
   
3.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                    //定义初始化结构体
   ; m9 Q! [! j" \" ]9 d
4.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟
   2 G% {4 ]& b5 T. H4 w
5.         
   
6.         GPIO_InitStruct.GPIO_Mode    = GPIO_Mode_Out_PP;     //配置模式
   % b# U4 p8 C2 i# p, c
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
   & l" G7 G8 O6 C
9.         GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);                   //初始化GPIOA的参数为以上结构体
   
10. }

复制代码

, I$ y# q& j4 R1 S* m7 b
9 f8 a* O; M3 I
% `2 ?- B9 r$ E" ?# s