1 GPIO简介
$ N$ c3 x. s5 `$ ~( J: w, 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。
; e6 K- l# `4 D3 F! r
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  

4 N2 ^4 O0 r/ u0 F. [4 U0 R) i; Q/ JGPIO的复用：
0 I* g: K, ^% r) R7 b
3 u2 ~4 b, G6 ~/ P! y  \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
8 Y, Y( n* w) o  y& O
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
（3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入
. S( r6 u2 A( n3 ?/ o5 v（4）GPIO_Mode_AIN 模拟输入
8 G) S* G1 s7 Z8 W: [
2、4种输出模式
（5）GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出（带上拉或者下拉）
  K& x- r5 t) Z# C" k6 L, e0 n（6）GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出（带上拉或者下拉）
: \" y0 J2 s: s: J/ j  N6 D0 J（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）
5 i1 Q8 m7 d, L1 k( }2 }  C
3、4种最大输出速度
5 ?9 e' {7 [) B, z/ z（1）2MHZ  (低速)
（2）25MHZ  (中速)
（3）50MHZ  (快速)
（4）100MHZ  (高速)
6 Q; S% P. T9 n9 E1 h" l4 k
) }& u4 T4 O( {" p关于他们的定义，都在  stm32f4xx_gpio.h 中，都为结构体形式的定义
7 w& d' }, E; S2 _1 D, A/ V
3 GPIO框图剖析
7 z9 l* ]% d) u1 G5 `' ], r

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：

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
6 q  Y. }  F2 ]/ _" Y6 _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
! _$ w2 k! x$ @7 } 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      

$ P1 ]) ?6 Y8 G! V! M1 ?# 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

/ R0 a  u- n5 _# i8 V1 M
/ T: k$ E3 e8 V2 Z" L; ]6 z4 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
& P  D# {" a7 c) `* E3 [: S( O
6 [. N. J# K) j* J, N上拉输入模式
; e* W* W$ F& x; W

* o% ?% q! V! D' ^& h% 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

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 I0 n' F) ?- I: @. H( g4 t下拉输入模式

6 s! e3 @# u9 \) |6 r/ x
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
( i  o4 x  U4 Y6 s; ~* ]! j
9 W$ r, Z2 v3 [0 R; V% Q模拟输入模式

" V2 r4 w$ z  ~

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
/ X2 |3 M. L# a
* M1 Q* v( X; [# 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 z& X2 Q: w3 P$ r; a- H0 K! A
$ e3 @( ~, W/ B9 h5 h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，

开漏输出模式（带上拉或者下拉）

- j9 l& M# a+ b4 \8 U

) ?: f% k3 m* W' W
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   
0 r' f/ X$ w; E; T

4 l6 N7 {; ^1 ]' U, l4 d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

- K, M! S; b9 J' Q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   
/ W* o8 g5 N3 W% ~1 w
复用开漏输出（带上拉或者下拉）

8 m, t/ h1 P5 \, Z) ^, 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
; u8 x' t- q1 A7 ~: m% n
复用推挽输出（带上拉或者下拉）
  C  o2 T  Z7 k% N- |

+ ~6 {/ y& _  o, ~7 R2 H. CGPIO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


开漏输出和推挽输出的区别：
3 }* ?/ i- F5 c- M# t2 F7 ?
推挽输出：

可以输出强高低电平，连接数字器件
9 e6 {3 b5 W1 b' @$ R4 p, z9 B5 e
" H( ]7 O9 ^& Q% W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.
0 q: S* @+ o& G4 W9 ?6 @
1 R0 S, H; I3 j5 o* P( X开漏输出：
+ X( j% M  e& L/ s  K
; T/ n: h# V. \0 H/ c) X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)；
% W8 H& [/ G4 u" ]$ ?) M
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

% d3 {" m6 L( \% g% G! X" R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   

5 ~% B) k% [% r/ M, V  [& y5 t  R8 S; I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，
% ]: G: d6 s0 ~- j! Z0 ~, U
在STM32中选用IO模式:
. i* {9 J. J. v/ r. i+ J) A
+ m/ H+ F% f$ q4 y 上拉输入、下拉输入可以用来检测外部信号；例如，按键等；
% Q9 ~8 i) ~; ^# Y0 H+ H模拟输入 ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电
- P5 [# \5 a& @2 z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。
9 j7 \# E3 E' A1 } 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）
( Z4 ~9 {) _* H. u" Z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：
6 A! }$ W: [3 G* M  s# k+ B% U
( ?! j  {1 F& l7 W* J

0 r* o1 N5 j5 G$ ]& K7 n, M
2 N$ A6 g" V/ K2 y0 K8 p% w! ^+ sF4系列(M4)IO口基本结构：
  L8 Q4 U) d( j+ f7 `

' b* T- P: h# _) J* }
7 W) K6 O* d+ T, l: J& YF4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

4 L# ~- N( D: o4 H4 FGPIO的初始化(F4)
' y9 @: ?) u- V: C/ ?/ S这里我们以初始化LED为例

# w5 ]1 f% x8 ^+ \% B- j6 N& k- \& G* q1.定义一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体

6 T& Y( S/ }- y- P# @, r- r& Q

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
, c2 ^6 ]3 S6 z( G
" X* Q8 X! Z; d1 Z2 s( C) e

: f# S4 X- d2 y; z- w, \" @6 F/ b; s

* _9 G' F/ w6 ?
+ n" V& o# s! g. T& }2开启 LED 相关的 GPIO 外设时钟

$ k9 R6 J# _+ c2 k! I" ?

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

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( s+ [0 p$ j- y  E/ v' f3 A% C5 o/ p   Q:为什么要设置时钟？

5 b9 z3 ~) x( c" t4 Z. d6 l+ u; E. c    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。
: `; c0 Y, l2 ^) u
Q:为什么 STM32 要有多个时钟源呢？

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

3 s8 |  L! i7 D/ L) v) ?! BRCC_AHB1

+ j6 A9 Y- x7 W3 G8 h9 c* bRCC_APB1
) |* _- p3 P* D5 D6 q. c

3选择要控制的 GPIO 引脚

! G; [+ C5 ^4 _

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

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' P# A1 h6 l) A( n) ^5 E8 b8 P可选引脚为0-15 一组IO口有16个引脚

5 G+ O$ M" f1 l: D- M/ z

) |0 {0 N: _) w
* [* i" r1 q; R  K& ~' w4设置所选引脚的模式
# P) k+ c- S+ L! j. I' q( N

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

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+ u0 G+ P! `; ~+ x7 J引脚的模式共有四种，分别为输入，输出，复用，和模拟模式

2 G& c' X0 D+ }5 设定所选引脚的输出类型

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   
3 E! [5 W5 w5 `! ]
( k, D5 P. o( R

只有输出模式才需要配置，输入模式下不需要配置
- e% T3 x1 B) f) [3 l( i- @
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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9 b- e. x6 z. x; Y* Y

+ X' Q. R$ r) g$ c) a# P3 Z* E
2 u) \! X7 p/ f+ n1 q. e" \6 M
7 设定所选管脚的上拉与下拉
3 \% h5 V/ R0 o8 d% ^  U
% H; r# F9 J4 I5 \* F

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

9 D* ]8 A( r8 k5 \9 f1 k

6 j! x( ]9 ^; h6 M) s# ?3 p
8初始化GPIO

, p0 _  U  \5 V* s  \' Y

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

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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
2 d: ^1 d2 D) V9 p3 R5 o
) R5 f* x9 S1 }GPIO的初始化(F1)
% e7 c" V9 Y( g" D3 K* 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  

5 D  s* G0 o$ O# H& ^3 L GPIO_InitTypeDef 类型的结构体

+ d( R9 ?* |5 D1 V$ W所选管脚的速度

. R0 f9 W" j) F; c$ o
. Y. [9 ?- _3 ^3 I7 g所选管脚的8种模式
+ v& P' D. J9 n! L9 g( z% A
9 W1 j5 r/ v' R4 _6 M5 M( h& n  ?

' j* B! w* e" |5 x# u  M1 ?区别：
% b0 P8 D+ M% T4 Q! o, Q
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

% U9 \1 w0 T, x总归还是大同小异，不做过多介绍，看下下方配置即可
& k- p) \) k; L  V' w& p7 ^
" p) S! L4 d, P3 X, s* b9 T

1. void led_init(void)
   ( z/ m5 f- D( W; \2 X5 c
2. {
   
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
   8 A, P2 B2 P2 X
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. }

复制代码

& k; C! t( ~/ U1 z$ b6 y

0 K0 G: U7 d  U