1 GPIO简介
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  

. {9 ?0 \* Z  [( [% S* DGPIO的复用：

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

# \) z9 [! F$ v0 h5 |8 L- ]2 GPIO的工作模式
1 [9 X( R" u$ ~' Y% g5 q+ A: ]1、4种输入模式
% ?" U3 u* r+ r( {（1）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
- J% ?, t/ C/ O, Y9 ]$ ^+ A& Y（2）GPIO_Mode_IPU 上拉输入
" D+ Q- @  h; f+ \! v1 ^（3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入
（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）
, p3 j* {5 K( L3 O. ]（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）
+ M" {9 o, [0 p$ T" ~; R
3、4种最大输出速度
（1）2MHZ  (低速)
" Y5 |8 x, Y/ ]# u* }（2）25MHZ  (中速)
/ y& h8 \. ]/ `, {6 j& w9 Z9 W5 |（3）50MHZ  (快速)
4 w! r7 a. ]$ b" ]' a4 u7 d2 V! w（4）100MHZ  (高速)

5 p( R6 @8 X+ y1 E: U关于他们的定义，都在  stm32f4xx_gpio.h 中，都为结构体形式的定义

: @0 Z- P3 B4 A: u, y% M' f4 J3 GPIO框图剖析

. R6 |' n; R, H) ?3 W1 @

3 q2 j& G. W, T+ \
+ A+ Q- y2 Y- {# V) M  ~. O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：

- Q# a8 b, m2 {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
4 Q% k" F* ?  A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
& n7 q0 \8 `/ w! Z+ y) YTTL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      
5 I+ u5 d2 I" S/ S
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 I+ \- [9 \6 l  N6 B5 ~2 E; a
' p0 i$ j- x" _' @0 x4 GPIO的八种工作模式剖析：
浮空输入模式

/ n+ Q) r7 p/ N/ e( @! F. u2 u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

" n: o6 y$ D3 c: O0 u

" X7 d7 i0 Q# |
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

& o- p5 e- D. D7 v% @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。
9 I& r  g. n8 H% V
下拉输入模式
. V& l$ _( b7 l' y

' ?& m- W3 L2 s9 y1 P6 |0 F8 u1 @+ v
$ I- ]# z" b4 t3 o" e; 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
) k/ f. \: ?3 I5 t6 q
模拟输入模式
) t, P+ C1 f+ N0 Y  r' z6 N& L# z8 P
' `! ~6 ]5 p. ^' o/ Z$ \. E

' E1 Z1 \9 E0 ^0 j9 l) |
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
! w5 Z/ N4 ?; u- A: C
% U9 `4 E6 P% K% T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
/ G1 s' E- z$ n- N
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，
3 t$ V/ ~7 J; r, Q# q
* }0 r; W* Q# _+ x开漏输出模式（带上拉或者下拉）

, E- x6 f- G7 u. H0 ?+ j- Q

' D8 x% x) T: K2 C6 B- `
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

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   

7 o* U4 ?# h: v6 U
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

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   

复用开漏输出（带上拉或者下拉）

! W8 t0 d+ l( w. x" ~- i! G
& F( R4 a0 d  UGPIO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

2 i6 _  S; q2 ?  Q复用推挽输出（带上拉或者下拉）
1 N- M) V& O$ X7 x$ ]2 Q
  j& L' B* G4 S" c% Z! w- u$ [

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
. F5 g1 O7 E+ {3 `. c; Q5 u& U
3 q( i: h9 \/ R' P: F
0 O* h5 @) [1 m& |开漏输出和推挽输出的区别：

8 }: J( F- \# G3 A% D: e! S# [* S5 {推挽输出：

5 F, c0 z- [# F$ h9 q可以输出强高低电平，连接数字器件
1 \7 L# S# `% b7 a# f6 d( I, w
& I  N6 E# d  d" D& o) T0 q, q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.

) p8 Z% M7 o( b* K) M  Q) o开漏输出：
, `6 I' f, P3 w+ |+ c$ h9 g
3 Q0 |4 p) N& A2 p% ]3 [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)；
" u$ N2 r! n4 a: v
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
; x" c. }* e' E+ K, Y: P' {6 @0 o1 c
% U( s& n+ U( S/ r

& D& g6 d, E" F) I+ Q! \
$ T) P( G8 ]" h; \6 e, j/ ?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   

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& Z' W8 C: N0 t
& S( Y# `2 n0 D& L, k: d在STM32中选用IO模式:

  ~( d8 k% W) L: e1 r 上拉输入、下拉输入可以用来检测外部信号；例如，按键等；
% ?3 L, H4 l: `. j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。
7 B! B7 y7 U6 M$ m* A. v 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）
1 K5 [1 u) Z# c/ Q复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）
6 t4 T' J6 {: i) o1 _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
' m* r8 J4 B" {5 h2 C9 p
) k3 p! _& U+ i$ `5 [( j+ V% h2 sF1系列(M3)IO口基本结构：

+ ^! W- D) X( L! Q6 ?) `

- x7 q1 r! u1 X: \+ I
F4系列(M4)IO口基本结构：
1 ~/ p4 X# w* L! S$ d. y- J9 X

# n/ U$ T: z0 v$ _3 p4 X% l/ |0 y9 U
6 N5 k( C* I5 _3 O$ G7 ~1 nF4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

/ ?! a& G0 x& J: ~! s% q, M9 v$ tGPIO的初始化(F4)
这里我们以初始化LED为例
- A! n) f( A9 c
) V- D9 \& ?# y2 H( a. Y& e8 L; w1.定义一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体
5 M, B( U5 T  h8 e( O0 q9 [
& R$ S7 ]; Z& m( m; r6 m

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
7 {) A* D6 P+ q/ Q0 S/ J. d  I& L
% a6 U' A3 @8 Y

9 M) f; ?3 M; z; Y. T1 R6 K

0 N, C! v7 d; N3 m, e- I
4 \( B+ j6 E8 I, U; t! H2开启 LED 相关的 GPIO 外设时钟
8 g2 B) T! J9 L2 A( T
3 M( `0 A$ q8 I

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。

. j4 L  [/ @( v5 o  B. @" LQ:为什么 STM32 要有多个时钟源呢？

6 h( h- q; X& y# b+ X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。

5 {7 T$ v. Z/ W5 r
而相对应的外设功能所使用的时钟 在stm32f4xx.h 中即可查看到
- K; k( W* t7 u' \3 J+ }
RCC_AHB1

9 B6 f" A9 @+ K& i* iRCC_APB1

4 }% |, K" ?! |

  u9 k$ h- A4 ~7 O, V, R0 c3选择要控制的 GPIO 引脚

" |/ e- L3 R$ n* p7 {7 ~; N

1. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;  /*选择Pin9引脚*/
   - I$ V% s- ?: I) |& X& d

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可选引脚为0-15 一组IO口有16个引脚

4设置所选引脚的模式
, g" }7 ^! H! R8 `* g' e

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

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2 R- m4 N0 \% r" w8 e/ Q+ V) D引脚的模式共有四种，分别为输入，输出，复用，和模拟模式
3 @" J- {. P( x7 h
; j: F# H3 f  E& K6 J6 P+ R

9 t; Z3 c7 a7 D  V3 o3 F

: H5 d( {1 n9 i; u! y3 g5 设定所选引脚的输出类型
  r' x3 @' p5 \$ `$ m/ Q: h

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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' p' i- Q1 R- Z- r* h) f  u6 j输出模式有两种：推挽输出和开漏输出   
2 U, B- o) C$ s( C8 W

1 m6 j5 \/ T- v7 P. f7 S4 z
只有输出模式才需要配置，输入模式下不需要配置
0 Y' Y7 L3 Y# v; ~! B
( }* F% P, `; |2 O- `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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7 设定所选管脚的上拉与下拉
7 E# h: L- F3 B/ ~, q5 O9 P
- s9 r* C' C, \( o# R* q7 q7 z

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

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2 D6 V, X, t: U! Y- l7 d2 i0 U1 r可设置为：上拉，下拉，与浮空
: k' L) A% g& ?) u8 X" r$ G+ B

, d* Q1 v( B$ q' U+ E  V" l
8初始化GPIO

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

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" X# G5 k5 ~" C; H% W" a8 O* LGPIO_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

3 _. o8 r" u7 u$ D, W3 I  qGPIO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  

; k' }. C8 H/ `( V& p GPIO_InitTypeDef 类型的结构体
. z) v9 r( S. J+ l  d" ^
7 @/ s% S9 o8 r; V  F/ H

6 L/ |9 N( Y$ H8 b1 c7 ?
所选管脚的速度

: k8 c9 b. _8 x/ \0 Z

所选管脚的8种模式
8 J  [. ?3 }" \

3 p+ j' N; v- Q! A% t' o
& r1 \& f% D- ^" Y6 |& r区别：
& ]' Q+ _" F) J" [
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

2 s  @! o& m) X1 D  M8 g5 J! {' n总归还是大同小异，不做过多介绍，看下下方配置即可
  u$ ?# y0 {' J8 h# M. ^( J4 T0 Y
4 N: U' f! |4 t( d

1. void led_init(void)
   
2. {
   4 f: [# t7 Y5 h5 L8 @
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
   
5.         
   
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
   
9.         GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);                   //初始化GPIOA的参数为以上结构体
   
10. }

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; _+ h( I( t& F! v2 B- a; A- L& |
1 _0 U) G$ k2 ?- P
9 _& D/ h( K4 p( r" T, U" }