1 GPIO简介
5 H6 {! g  K2 KGPIO,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。
, C/ q" P! V3 g7 V4 F
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  

GPIO的复用：
$ }. F9 Y3 j7 N; U0 I8 b2 y9 d; d
/ F4 j) Y, b2 f: J& H9 H8 {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
. O! @% c! P" c" G
2 GPIO的工作模式
1、4种输入模式
  r9 K( S, x: 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
) |8 }" `7 |. \& o# z（4）GPIO_Mode_AIN 模拟输入
- W8 t3 ?8 L/ I7 j% h
+ X: ^3 O2 X/ g6 _2 [( p2、4种输出模式
& Z3 s3 m. h+ Y: C（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）
8 }4 d2 i$ J7 k1 ^% Z
1 m/ s& |% k" x1 B6 g( b' d" d3、4种最大输出速度
1 j! A8 w7 o/ V' R0 L7 Z5 x（1）2MHZ  (低速)
（2）25MHZ  (中速)
（3）50MHZ  (快速)
1 ~: S* Y. D  m（4）100MHZ  (高速)

关于他们的定义，都在  stm32f4xx_gpio.h 中，都为结构体形式的定义
* L2 z5 f& I1 O  j( e8 c
3 GPIO框图剖析

& H8 q2 Q, N, m0 G1 g" x( l

0 j& `3 g! }, W$ S  ]% P& w% z) G
  H& D4 @' U3 c8 d& Y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：

) M4 d4 K+ w* f- L5 y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
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
& c. m, ~  e2 H$ ~9 m4 s, hTTL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      
; Q& P; H1 V1 O% x
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
& I; s% J# B- }7 n

) Y5 k6 u( i  K6 O* Y* g; o
4 GPIO的八种工作模式剖析：
4 p# H" h1 c* ~2 \) W 浮空输入模式

( [; y( l; N% Q3 i; E/ g& ^% T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

' I; i3 F; M/ \! y& l5 M0 d/ h上拉输入模式

) k2 d9 x, d$ |/ Y) l
3 o! I. J2 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
; h/ ]& T: d8 a8 z8 @: ]
2 p9 E2 ~1 f$ _% x1 B" YSTM32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。
2 Z& z3 b0 _: c0 Y7 C
下拉输入模式

* i- B$ y: v% F/ N; M1 Q& I  j. o

9 t6 l. t: ~( S, J1 S
  m0 R6 |/ m0 I1 f 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
% u2 D# `" M# o: e
模拟输入模式
( U/ x  `, g, ~, J

6 ?* t1 t* {" D1 ~2 t, x. c' I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

: Q0 B. t. v4 M/ A: w' N3 l& n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
8 S% A7 ~. k, i" z5 y9 r
! J3 n, ^! e- S( ^8 m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，
% M: E( K; b  _; _) E3 t
8 d: f' S0 M( n4 ^, ]4 _/ P; d开漏输出模式（带上拉或者下拉）

; {5 R2 h, d. a+ X5 d* ]) p

/ n% D9 `, R9 e6 ~& \; M5 t

# l( k  H% h/ V" j2 m. d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   
. p; m, D' A* z! W

6 g, B6 i: a& H6 X8 m7 f
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
  f" k! n* O) 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   
2 J3 K+ G( e* \% M' X
复用开漏输出（带上拉或者下拉）
9 }2 s, h2 Q2 n0 P6 M

: `* q$ @/ I' W2 E0 g
9 e4 r! N* b! ?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
) Z* Y: s6 d4 c; o4 U$ N) n0 [9 V
% W6 O2 m. D  Z复用推挽输出（带上拉或者下拉）
& }  G: P$ y2 O3 ?

1 X: \0 m7 n- O& ^$ t' Z' A7 J
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

. S0 c4 d* t1 h/ H
开漏输出和推挽输出的区别：
: T* Y  t. K2 T3 }. w  p3 U& F
0 N" U/ X# C7 p/ w推挽输出：

可以输出强高低电平，连接数字器件

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.
; y+ ^. V1 f7 h9 X' j' J& I5 Z$ o8 |7 j
开漏输出：
2 f$ @# o" I6 j; \  h9 ^) `
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)；
* x  v8 ^, f0 Z7 ]# W# R
& U3 I1 w9 M. ]. @2 y' b% 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
4 _% u" u' d1 ^* C
- A$ E  u! A. q7 h* H- W

  R: w) n1 M; U9 Z" l
9 P: ~8 _$ T) H6 }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   

( n! ^+ P# B2 G& _' D9 r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，

4 K' G5 a) `4 M在STM32中选用IO模式:
$ x. N6 t9 e- S& ]. L" V
% A& j9 C) y( S& u" h 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）
* b$ o: e& ?9 NF4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
7 x  O; C8 h. u
F1系列(M3)IO口基本结构：
2 k& A& c7 k0 q; F$ A6 s
, Q9 i2 B; A2 ~5 J* W, h

2 r2 c- y% r) O# u" v; i8 w/ y) [6 [
F4系列(M4)IO口基本结构：

1 @1 d$ C6 N" mF4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
; y0 W2 k* j# _5 C: t
" g$ ^& N7 N7 MGPIO的初始化(F4)
这里我们以初始化LED为例

1.定义一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体

0 H) F4 u* c9 N4 E+ W6 t5 a0 h

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
, Q4 ], I. Q7 ?' e
( G" m9 W. M, V. B

) W9 ^1 R( J* y, _, W2开启 LED 相关的 GPIO 外设时钟

: b5 l! p3 b$ l0 G1 ]

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

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  t3 f2 j- ~" j" W; f   Q:为什么要设置时钟？

7 A0 z8 s$ C1 l) w8 f. [: D    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。
' S6 c) Q- H* t$ i. v' c1 C
. F, B8 C" D3 N5 Z. f0 O8 P8 BQ:为什么 STM32 要有多个时钟源呢？
( ?$ M. Z: s5 R" x+ l, R. S$ f
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 P$ q; ^& i/ G, h7 T- m
而相对应的外设功能所使用的时钟 在stm32f4xx.h 中即可查看到

5 e" _0 n+ h6 q- X4 x' r: V4 p4 iRCC_AHB1

8 O9 _; `' l' N4 U9 r

/ T% f, m# t4 m3 I* z* ?
7 F+ A0 o) v4 X2 V' s0 \& _. _" VRCC_APB1
, {: F  ]* Q4 b7 z( P5 {6 T

3选择要控制的 GPIO 引脚

$ D3 t* V2 H+ V8 z' b3 `! z  \$ ^

1. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;  /*选择Pin9引脚*/
   1 p( Q/ _) X8 g& S- y1 [4 U) K

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可选引脚为0-15 一组IO口有16个引脚
/ W" U& x( h) F+ {

) y+ M" `& u, p& r4设置所选引脚的模式
' h4 {. H( w  {" E) R& ~

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
. {7 L& C0 U# N0 ^3 K
$ x" t5 e) b; a; _9 v' Q4 b

7 e- ?) z$ n: S! r8 h3 ^) \
% @2 [; L3 {: p5 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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4 f) l* x5 X# s7 E% b" X1 S输出模式有两种：推挽输出和开漏输出   
" z  M7 z: c+ \: h7 ~6 Y
  ^- x3 a# B' L

只有输出模式才需要配置，输入模式下不需要配置

1 K0 |6 Q6 M8 Y$ _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

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

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0 z, i! @& U9 {6 H# X可设置为：上拉，下拉，与浮空
( R7 b. Q+ p  i! ?

0 _9 g6 V! H$ c) F6 b, _% o* S* [* s0 X- U
+ A+ G/ P6 ~, h# q# V  g. g8初始化GPIO
4 h+ C* c, T! d" R1 c

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

GPIO的初始化(F1)
! M8 [# _  w& q. BF4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  
  p1 S8 R$ z$ T  A: x$ ~, h
) r  K1 \. s( k4 N4 R' b GPIO_InitTypeDef 类型的结构体

2 m5 X1 O  G* [/ j% F

2 c: ~- i5 T  L0 y9 Y9 p: Q( _
5 l7 ?' X, ~* ]& `( B所选管脚的速度
6 o8 Q/ G% [8 [# H

0 r  t/ p; @  j: D2 O
所选管脚的8种模式

  ~$ u! U+ k9 N

# t- _: R& ?% y' v* K: ]( n
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

6 }4 J- l  {- o  @$ r2 y0 t* T总归还是大同小异，不做过多介绍，看下下方配置即可
2 {+ i. W% i/ U2 M0 |- o0 J$ Y

1. void led_init(void)
   , Z# X' z! Z% S8 f  p
2. {
   
3.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                    //定义初始化结构体
   2 {. n  K8 A9 s/ T/ ?( x: Y* Y
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
   . M  M. F- J- `2 h. \, O) r
7.         GPIO_InitStruct.GPIO_Pin     = GPIO_Pin_0;           //配置哪个IO口
   , [  P3 n) C$ I* z! x0 k% w+ p
8.         GPIO_InitStruct.GPIO_Speed   = GPIO_Speed_50MHz;     //配置IO口速度,仅输出有效
   : @0 G' _' U- l, L+ M0 U6 K
9.         GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);                   //初始化GPIOA的参数为以上结构体
   
10. }

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, {; G; E+ v) b8 b4 b+ c, z# ]+ G