1 GPIO简介
0 }) j6 z$ j0 t( C' `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。
/ ]7 b, U* }) i3 o5 ]4 V
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  

  Z* h4 X; K/ Q& s% BGPIO的复用：

. u& A& ?0 h: b: |! {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

2 GPIO的工作模式
1、4种输入模式
' ?7 \  o/ \' j. `1 }& @（1）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
! S% T) W1 Q" y# y5 v6 }" N（2）GPIO_Mode_IPU 上拉输入
- F% [4 q" C1 f7 f+ x1 |（3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入
（4）GPIO_Mode_AIN 模拟输入

2、4种输出模式
  S, K* b2 K. F* ?$ }% Z/ n& s. y. f4 ~1 T（5）GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出（带上拉或者下拉）
3 K; A9 H" T' X( |* Q. `; J  B（6）GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出（带上拉或者下拉）
$ Y, d0 Q$ }7 J* h% S. q) P（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）

3、4种最大输出速度
（1）2MHZ  (低速)
6 C) C  a2 j" ?- ~. A4 s2 |! S（2）25MHZ  (中速)
（3）50MHZ  (快速)
（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
9 Q. h, `& f% K0 _  {( w+ b- D0 t
3 GPIO框图剖析
# L' P1 t, ?$ n
# u* `& u% b4 N4 x- m# d" H* x

* a/ U/ z# w5 h9 p& C" |
( Z( r2 Z# S; b. w9 ~! n5 f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：
' P7 E3 D* Q! H. y& g
- d+ X+ w) P) X+ ?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
. J+ k( t: |3 s) l6 B7 h8 h$ y# _/ c5 P. y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
4 ]# ^4 x4 U5 RTTL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
# Q3 K! H/ z6 ]; T5 C4 w% 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      
, D* S7 B- A! z
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
1 b; e' S3 D( ?8 B
) O# o2 g8 ]$ S8 f, x

; k7 S" ~4 H6 b7 |* f
$ B4 k6 J) w4 W7 Z! k4 GPIO的八种工作模式剖析：
浮空输入模式
7 Z+ l( d& u1 R$ ~3 f7 G( d
0 V; {6 U) ^- E' ^7 [: f

9 X) {/ ]1 m* ^  f+ L
7 c' w8 f* G/ ]3 j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

4 V/ I/ K) v6 b' b& b. Q- S' k- K上拉输入模式
, W! U, c; a0 I6 O% a, z

, [5 ]. m0 `4 g$ w' v1 Q  t
2 }& [, t" O! r  e, n 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

, `- i! K6 K' c# mSTM32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。
6 v) R) u- e( S" c# P
下拉输入模式
5 J% A, E3 [  A# y* R3 q
/ M7 B( @4 n8 ?  X- \; h2 p& {

% _$ }# u8 p8 X9 w) _+ 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
5 r$ f1 R. t# o  O/ d* F* Q
8 Z2 ^- Q& y( F3 X1 J; W5 l模拟输入模式
9 K# m' a, y8 T2 m% o! y+ F
: |4 P, t( E! k* z! C! Z' Y% \

+ f# {; A. w2 U. D" @6 ?; ~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

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

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，
6 g* K- v& @* c  ~6 d' C, @% k
  N, f% h* }. u1 v# `, [开漏输出模式（带上拉或者下拉）

+ V6 y) k. c/ s+ M1 h

$ E# ~8 r' q; F4 {
+ F# X  i6 x! Z8 C2 y& G
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   
: d) `  w8 M# G7 Y. P5 }5 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

3 z* t, m2 O: a& B! L3 R; t1 `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   
1 S: E% t+ p* y+ R. I
, j8 E- Q- g3 B# O复用开漏输出（带上拉或者下拉）
# q! [& i- n9 }* b6 d! @* b8 [

) C) L3 W5 C5 K1 p) P: P- L# D) dGPIO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

, O# G+ s& o* e$ j' b# q复用推挽输出（带上拉或者下拉）
6 H7 W1 Q4 p- ~8 ^. v5 y3 c1 P( t

: x$ f+ `* y1 ]8 c8 x
# M! b" @5 e! g, g& }  RGPIO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

3 K* _2 G' F; K/ m
* u: W- g+ B& C2 D# g, H" I开漏输出和推挽输出的区别：

推挽输出：
  `. c4 w5 K+ t9 @! E
' @1 R7 Z) J/ W: Y- x; `( g可以输出强高低电平，连接数字器件
3 H1 V# O6 ^1 X
6 }* a. j( X% `: 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.

1 q9 r& o0 |9 @* N5 S) `5 C- a开漏输出：

# l; M0 I' C- l1 K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# B9 _6 m* Y) `1 N  ]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
' V  Y- R. b  O& s1 R( b
( b+ g9 |0 l; a! Q9 Q

4 |& e7 b! z4 p0 d. a; Y" l  s
! K- }8 v8 r  t$ ~2 L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   

, }! W# b, Q. n1 g) ]7 E2 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，
- q5 Q% k: l$ P. X
: G4 _8 m- j, K. [2 ?, T在STM32中选用IO模式:

上拉输入、下拉输入可以用来检测外部信号；例如，按键等；
/ r4 N3 B. b0 t6 ~) N6 N6 X* Z% v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。
% |+ |& c9 g. y, N* y 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。
9 v  H& ~" r  y* d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）
F4系列与F1系列区别:
+ Y' M4 Z" @1 P2 ^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

* h/ [4 C' B' C- D3 `! n  K( UF1系列(M3)IO口基本结构：
: b1 |5 ], }& m8 J, v7 ~9 y- |0 |& y
5 Z- V( p: @2 O. q* G

F4系列(M4)IO口基本结构：

2 ?5 d3 \5 L9 v/ _. H
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)
* c, O& V5 ~, ~+ W3 e这里我们以初始化LED为例

+ i6 ]) k  T" Q3 V0 [& I2 x1.定义一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体

: w" _2 Q: n* x( U( ?& B

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

( c7 Q7 r4 |( X( J

$ Q8 y2 b! e$ ~; r7 {

( y; |5 E7 b/ m$ D2 x; `! i- x
2开启 LED 相关的 GPIO 外设时钟
% w: y0 S* h( X& |+ c

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

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1 u* W! [& d$ W: w- l5 N; g. y   Q:为什么要设置时钟？
, u2 H& A& X( M! G. G4 `! {! K
    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？

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。
+ Q( E7 B& }+ n4 J4 K( L  c; _

7 Y0 _' ^/ Z  _: T4 H而相对应的外设功能所使用的时钟 在stm32f4xx.h 中即可查看到
2 O4 _1 l) B. F$ R
RCC_AHB1
  J* I* S4 d0 f8 a) C1 D

* t* P0 V$ I$ k, }
RCC_APB1

7 F3 S! h8 j: W" g& b5 U( p
3选择要控制的 GPIO 引脚

. w1 e  s8 I' T8 Z3 b$ D9 V3 C% ~

1. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;  /*选择Pin9引脚*/
   ' ~/ H* V: l2 H. n& h

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可选引脚为0-15 一组IO口有16个引脚

; n; Q: ?6 D9 j6 Q7 S

6 [7 }* y4 z% r) p# L
; @+ H* }, S, f" A$ \. U2 {2 X4设置所选引脚的模式

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

0 }- ]5 m7 @  D( E2 Q9 v

$ f9 y& ]8 \0 Q
/ P4 q  y/ x7 }7 q' D: q) i4 o5 设定所选引脚的输出类型
/ y7 x; k+ @" D9 I, ^- ?# m
9 u# h6 b) h( z; }( X  @6 G

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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1 @3 i& d: k# L! p& a  H输出模式有两种：推挽输出和开漏输出   
3 m; y9 X, b! v- P! R) [( H
5 u9 z; k9 }$ B. |5 U

) o/ X& y2 [3 Y+ \  }只有输出模式才需要配置，输入模式下不需要配置

8 N7 n- N7 _" I+ X5 P6 s6 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

复制代码

6 W6 Z# Q0 k% N7 S  N( W3 A9 C% @

7 设定所选管脚的上拉与下拉

8 A4 k( ]5 P* `, b1 A9 {

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
8 u& z5 [" Z1 _: p& ^1 e  K4 v: D

# }9 {. P" |9 Z
8初始化GPIO

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

复制代码

/ `* h: t0 r: S  g; c; }6 T! IGPIO_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

8 G; c  f, q  E: VGPIO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  
6 I1 u* D: ?( r7 i+ I2 b7 G
- q3 k2 F: }. k GPIO_InitTypeDef 类型的结构体

所选管脚的速度

3 h2 [/ w. n% p: I* p1 s所选管脚的8种模式

' y3 l! B' o2 M8 a# H8 T
区别：

1 h/ }5 \! Q& m* d1 m9 @6 b 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

  p- E: ]& y/ q; p" W7 p, n总归还是大同小异，不做过多介绍，看下下方配置即可
2 H1 x  x* N$ k3 ~5 }' s' l2 }

1. void led_init(void)
   
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
   : D( A5 Y5 _2 B% `7 [
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
   # I' J  ^% m& V* h$ u
9.         GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);                   //初始化GPIOA的参数为以上结构体
   ' M% x. Y% @7 X2 h
10. }

复制代码

: X& Y# f& Z1 ]9 ]* s4 y