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。

6 q5 F3 u, Z9 @' ~$ |! r% BSTM32F407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  

! R6 ^; q! b* X  ZGPIO的复用：
- T3 J4 _" _  K5 I
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
3 }% P& q; i, ~* l/ c: ~
7 y( z  I  C) N' X, j2 GPIO的工作模式
1、4种输入模式
! H5 D2 u( ^' c5 G（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
（4）GPIO_Mode_AIN 模拟输入
2 Z# s( c9 n- C: v$ ]
0 S; ~4 D$ H# p# x* Q% S2、4种输出模式
; u% M/ u( ^5 p' v（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）
) o% l9 a% I5 m. C（7）GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出（带上拉或者下拉）
& L: `) @7 L3 K; q# J（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
2 l2 |" G, m( g+ N# l（1）2MHZ  (低速)
（2）25MHZ  (中速)
* _9 S/ X, s* |' q' Y) ?/ e（3）50MHZ  (快速)
（4）100MHZ  (高速)
3 J( N# n) a1 W9 }5 e
关于他们的定义，都在  stm32f4xx_gpio.h 中，都为结构体形式的定义
& U% D3 a( R" I! R
3 GPIO框图剖析

- J( i+ A8 L6 K5 d; g

0 d0 w0 P. F1 F# S, ?, N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：
) t5 x. M' B9 G! g. {- N
2 D4 n! O; Q) k1 N5 @" C: H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
- f' S! K, O1 t- `: j" J+ `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
. t* i8 e& E- N) i& v9 w 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
* X6 K9 ?( [3 m+ _0 K" e' v. I1 o' k, l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      
+ z2 U) U: {# V
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
; z' o/ m+ o% l# C

4 GPIO的八种工作模式剖析：
浮空输入模式

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
5 n. w  Z1 B, D* f
1 Y6 j) J: `( l7 Z) c, @- V上拉输入模式
- G$ Z, V# j7 p: ]# s0 M; @

4 V" [8 O$ e% Z: i, }
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

+ P7 F* N% }  cSTM32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。
# R+ o% p2 m! x1 a
( q6 H. n1 B" N* M下拉输入模式

# `: D; \3 g8 D! ?5 P& O

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

! [1 Y  @+ v5 \6 E9 x! V. {模拟输入模式
7 i0 d8 K0 l4 n4 O2 `& L2 P

. V8 w, ]- s4 z  g3 B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
; J& x7 t6 k) P. Q- i
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 R. J6 X/ a* |% P! i% Z0 Q
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，
/ s1 z8 S+ }/ o' z
' ^% R" i9 v0 }6 G  ~开漏输出模式（带上拉或者下拉）

# F" q6 t/ f2 H! z3 l
' ]6 T5 K& z7 |( A  }. Z# E  U1 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

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 Y, m% d* k) a" F0 F
6 S; j% J( b) F+ T

7 H& r; |* x. j
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
9 v9 A( O3 Q& F2 B: p5 t1 Q: 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   
( p% K3 y3 N# O
8 p. L- B  ~/ l3 x4 d1 u  B3 d( N复用开漏输出（带上拉或者下拉）

1 m4 V$ i+ i" C

2 }0 d6 C: Q' W6 ]% C) a
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

复用推挽输出（带上拉或者下拉）

8 ]; z& f  r2 C( s$ U4 g

$ H: ?- C% F  E8 q" K* O' Q" ^
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
/ s5 B/ p  w0 \5 j
: [& a# J* S; Z$ S* n' T/ A
开漏输出和推挽输出的区别：
$ V! W: E" L) ^/ @8 v& Y
8 _, ~; x. r  b# J$ `$ Z2 f推挽输出：

可以输出强高低电平，连接数字器件
9 X& E- ]- s% Y7 r5 H& X6 q* R
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.
. P( j3 u) q: m5 y" T! _( y0 M, q
; E; }4 [! e& S1 w/ h  [: J开漏输出：
: _9 }! V, S+ D# k: l3 c/ Z6 k4 H. j& [
" \" }3 j" A/ E$ i8 |" C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)；

. J" L0 V  @# {: Z; {% w. x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
. n9 q$ h+ k/ G9 Z$ f

& \& Z. R; t- z* ^/ I+ n* w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   

, N5 s, }1 n# A2 k  n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，

在STM32中选用IO模式:

! k1 f  U8 A9 ^  i 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
+ |4 }( ]* Y2 ], `/ s$ N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。
# T- S, F6 r2 z/ M4 S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）
; S; J7 t- V' D4 P/ c$ uF4系列与F1系列区别:
9 d# Y0 L1 s6 p- F- R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
; O; G* A! _& Z( {/ i; }
% X. a  j& n" S; yF1系列(M3)IO口基本结构：
! A- V# O1 b5 V) \# I8 ^( `

F4系列(M4)IO口基本结构：

7 Q% O( ^" V6 [/ t
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

GPIO的初始化(F4)
这里我们以初始化LED为例
( S0 y& g3 l( z9 q: \" b
1.定义一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体

+ V# k5 [$ n' p2 G% Q- Y

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 s/ `( ?, v, l
5 V5 [9 l. p0 ~" E

$ b( _" e1 j+ e9 b3 S! I: D

2开启 LED 相关的 GPIO 外设时钟

3 ]1 X% P2 t- J. k) a9 K- n9 M8 y

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？
+ R! j; V  k  [( q
    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？

* V1 o) ~# p' Z* 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。


而相对应的外设功能所使用的时钟 在stm32f4xx.h 中即可查看到
" g: {& N+ P. ]; M1 a+ F+ r
RCC_AHB1

6 E9 M, E( }; h- iRCC_APB1

' W; p+ m4 a3 L4 k/ l; c; x
3选择要控制的 GPIO 引脚
3 n5 S0 e4 n, X* p% v* n4 h

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

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可选引脚为0-15 一组IO口有16个引脚

1 f+ K( T+ T: C% b! j

6 \9 t' x8 J0 f/ Y4设置所选引脚的模式
9 z3 W& g9 N; `5 P4 K5 ^/ P) r9 K* P

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
$ R! w7 F. N# {9 d0 q

5 设定所选引脚的输出类型
0 @6 k3 O0 H" _3 b+ y9 w

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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  {7 o) d% d; i6 A7 Y& A输出模式有两种：推挽输出和开漏输出   

( y) w4 j7 N/ s
只有输出模式才需要配置，输入模式下不需要配置
- v3 i3 ?* D+ m. C
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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; J2 ]* E3 F! C3 I  P; F2 Q) h
3 T- O5 P5 @6 X) L
9 e+ W' Z6 Q1 Q. e3 d' s: M7 设定所选管脚的上拉与下拉
( n) U' M3 s8 r9 G" x" [! x
& J7 N" j2 L9 E0 n7 u6 t

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
4 q5 ]3 @6 X: ^" l1 d

- I, y" ?) I; T$ b' Y8初始化GPIO
1 L1 x6 a7 i& z7 R- B' S
' B+ e. f& p) U6 S& ?9 S

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

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; t7 d5 q: ~1 L+ u% r7 I1 ~GPIO_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

+ R$ B: Y$ q0 a0 M' _9 y) nGPIO的初始化(F1)
2 P: U3 y8 C1 Y4 ZF4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  
7 A  c* Q9 V- p( a, w
GPIO_InitTypeDef 类型的结构体

所选管脚的速度
2 O5 _! o4 g% y5 r

所选管脚的8种模式

5 x; ]+ n* k. n

% U3 p" l  w! r7 B区别：
& k' Q1 K1 J5 w+ _, j' r" ~
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 I# [; U4 u4 e$ F) B
  p8 j3 Z" b6 {/ C总归还是大同小异，不做过多介绍，看下下方配置即可
# T9 B3 H: \6 V/ `
. Z1 D6 z: J, h1 }

1. void led_init(void)
   
2. {
   5 U+ E7 b  h2 ]6 ]6 V& K; g: }
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.         
   * f$ ^4 Z1 O7 X7 I  w) ~5 V2 F
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
   - G% D0 w! w! b2 X! b$ f# ]& F
8.         GPIO_InitStruct.GPIO_Speed   = GPIO_Speed_50MHz;     //配置IO口速度,仅输出有效
   ; H: [# u& J  B& {! A3 j8 T
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 h! q4 o7 m2 o0 g8 {
# a' n$ s3 Q4 q6 z5 @( R; y( d
% M5 p  x" ^7 F  N
, y$ g2 B) a1 ^9 m0 ~+ x: S