一. GPIO (General Purpose I/O Port) 统称为通用输入/输出端口。
3 U, k" i! w* m1 f4 c/ }* y- h一个完整的GPIO组由16个引脚构成，每个GPIO引脚都可以通过软件配置为
+ ^$ G5 j1 C4 ]/ D: q输出 ，输入，复用的外设功能
, ~2 Y' i# u3 k8 `2 ?/ p0 `并且所有的I/O都可以配置为外部中断的输入端。

GPIO——输出状态下，可以配置成带有上拉或下拉的推挽输出或开漏输出。
GPIO——输入状态下，可以配置成浮空，上拉，下拉，或模拟输入。

% p- ^8 e, N6 O( w. _; N+ t系统复位后所有的GPIO端口被配置成浮空输入模式，
特殊的是由于调试的
PA13 (SWDAT)引脚置于上拉模式。
PA14 (SWCLK)引脚置于下拉模式。
+ p. G, S' ?1 Q3 s# F
二. GPIO的基本结构
3 J, W2 \- O. U; I1 y. |保护二极管，上下拉电阻
引脚的两个二极管可以防止引脚外部过高或过低的电压输入，
当引脚的电压输入高于VDD时，上方的二极管导通。
' f6 V0 O1 E7 u7 M6 o当引脚的电压输入低于VSS时，下方的二极管导通。

% j6 ^3 \6 e1 w; I+ W
  U1 [  J8 h% ~- ?) ]1. 输入配置
: E, `3 f" m9 v5 f& U: t* L6 \GPIO端口配置为输入模式时，端口的输出缓冲区禁止，输入端连接的TTL施密特触发器激活，GPIOx_PUPDR寄存器可以配置成上拉、下拉电阻。

! Z5 c9 f, f% D$ Z- aTTL施密特触发器：
( S3 a2 P7 S, N" w$ h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；当输入在正负向阈值电压之间，输出不改变。
能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形。
在此处的作用就是将模拟信号转化为0，1的数字信号，然后储存在 输入数据寄存器中。
% @! R  g: D- n0 J
在每个AHB时钟周期，引脚上的数据都会被锁存至输入数据寄存器，CPU通过对输入数据寄存器的访问可以获取I/O口的实际状态。

0 N- `0 D$ ?: x; u/ l; `* M
2.输出配置
GPIO端口配置为输出模式时，输出缓冲器开启。
' n; ^# u; e  e. d# v3 Z
如果GPIO工作在开漏模式，
输出数据寄存器上的数字“0“将激活N-MOS,端口输出低电平，
输出数据寄存器上的数字“1“则不会激活P-MOS,也就是N-MOS 和 P-MOS 都处于关闭状态，端口处于高阻状态。
* I" ~& O: j+ B
如果GPIO工作在推挽模式，输出数据寄存器上的数字“0“将激活N-MOS,端口输出低电平，输出数据寄存器上的数字“1“将激活P-MOS,端口处于高电平。
8 n+ f8 f4 p* x) d* s# c当引脚高低电平切换时，两个 MOS管轮流导通，P负责管电流，N负责拉电流，使其负载能力和开关速度比普通方式有了很大的提高。推挽输出的低电平为0v，高电平为3.3v。
# \' C  E* u- n; y/ E
. P/ H! [( M, i" [) T  H同时，在GPIO配置为输出时，施密特触发器输入也会激活，弱上拉，弱下拉电阻是否激活取决于GPIOx_PUPDR寄存器的值。也就是此时对输入数据寄存器的读操作同样可以获取I/O口的真实状况。
) a% u& _7 o, r

& p; F% t' A- |1 m, N
3 J' V. }7 o( @& W3. 复用功能配置
1 J3 x) n( X1 b. u% l$ ^- b, G绝大多数GPIO端口与外设输入输出共同使用引脚。
当端口被配置为复用功能时，来自外设的信号会驱动输出缓冲器，此时输出数据寄存器将无法驱动输出缓冲器，也就是说，端口的状态完全有外设信号来决定。
4 H% y9 W0 t$ k- E7 r/ w5 d同时，施密特触发器输入也会激活，弱上拉，弱下拉电阻是否激活取决于GPIOx_PUPDR寄存器的值，此时对输入数据寄存器的读操作同样可以获取I/O口的真实状况。
* g7 n( _: i% f0 L% M; o( h


4. 模拟配置
- c7 Z7 Q$ j) N$ f+ {* q  i  e当端口被配置为模拟输入时，例如作为ADC模块的输入时，输出缓冲器关闭，施密特触发器关闭，上下拉电阻被禁止。此时输入的电流电压完全是外部的真实电流电压。


三. GPIO的特殊功能
8 R7 E' U- ]3 C& k4 v" A8 R3 HGPIO除了可以配置输入，输出和复用功能外，还具有一些较为特殊的功能，比如可以单独对某一位进行置位/复位操作， 端口锁定操作，或将端口的复用功能重映射到其他引脚上等。
% ?& x4 N. {! F' \; T
) o& c" b+ Z" K, P( P% H) K' A1. 位操作
4 U' r) v/ O* H: n+ q4 HGPIO端口通过置位/复位寄存器 GPIOx_BSRR,可以对端口输出数据寄存器的每个位进行置位和复位操作。
4 _) K" l' u+ q: F4 h, L置位/复位寄存器 GPIOx_BSRR是一个32位寄存器，而端口输出数据寄存器GPIOx_ODR是16位的，相对于GPIOx_ODR寄存器中的每一位，GPIOx_BSRR寄存器中有两位与之对应，即 BSx和BRx。
5 m" U2 ~( z$ b/ G+ _对BSx位写1时会将相应的ODRx位置位，对BRx位写1时会将相应的ODRx位复位，
& x' X/ D: ^( S6 d$ l对GPIOx_BSRR的任意位写0时，都不影响GPIOx_ODR的值。
如果对GPIOx_BSRR寄存器的BSx和BRx同时写1，那么置位操作具有优先权。
+ g2 G2 I' g3 ?1 c1 M
2.端口锁定
8 ]7 ?* A( F* I. }端口配置锁定寄存器（GPIOx_LCKR）用于冻结端口的控制寄存器。
当一个特定的写/读序列作用于GPIOx_LCKR寄存器时，相应端口的控制寄存器将会冻结，直到复位才有效。

$ ]7 h. \: Z5 u& w, O3. 端口复用功能映射。
, g3 w5 w5 A1 ^' R* T* ?STM32F系列微控制器的大部分GPIO端口会与多个外设共用，选择每个端口的有效复用功能可以通过GPIOx_AFR寄存器来实现。通过对GPIOx_AFR寄存器的AFRLx[3:0] 为赋值，可以选择该端口所连接的外设，也可以根据需要将某一外设复用功能映射到其他引脚。
0 h( j. F" }" \; G2 ]
6 N* s* U5 C. a1 ~/ E1 O四，GPIO寄存器分类。
1. I/O端口控制寄存器
( b9 W4 o# y* n' P# x5 i每个GPIO端口都有4个32为控制寄存器，
1 r( s" _( L2 n. Q: c+ I  D3 Y% }, ]GPIOx_MODER: 选择I/O模式，如输入，输出，复用或模拟等。
' {& ?0 r( G8 b/ [+ XGPIOx_OTYPER: 选择输出类型，如推挽，开漏等。
1 W+ o& v' w3 t% v; `GPIOx_OSPEEDR: 设定I/O口的速度。
GPIOx_PUPDR: 选择I/O口上拉，下拉方式。

2. I/O端口数据寄存器
" T& F, }8 c5 G5 ]1 M5 d每个GPIO口有2个16位数据寄存器和一个32位置位/复位寄存器
输入数据寄存器 GPIOx_IDR : 存放I/O口锁存的输入数据，只读寄存器。
输出数据寄存器 GPIOx_ODR: 存储输出数据，配置输出I/O, 可读可写。
置位/复位寄存器 GPIOx_BSRR: 用于对端口的某一位进行单独的操作。
) h: V( k5 {3 K/ V! e2 o2 |0 g
3. I/O端口锁定及复用功能寄存器
32位端口配置锁存寄存器GPIOx_LCKR: 用于锁定I/O口配置，防止被微控制器在运行过程中更改。
3 n, C3 [- y; ]+ y5 P# e2个32位复用功能寄存器GPIOx_AFRH, GPIOx_AFRL: 用于端口复用功能配置。

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