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 H& }2 G! s3 @) 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  

GPIO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
8 h  k7 h# M) N' U; p# \$ q
2 GPIO的工作模式
1、4种输入模式
/ }/ }$ z3 O7 M! ^! p) [3 A（1）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
$ t0 S) W7 [# P0 t  k& S（2）GPIO_Mode_IPU 上拉输入
: s- s3 E" m, S5 Q1 p4 {0 b6 P4 |" b（3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入
（4）GPIO_Mode_AIN 模拟输入

2、4种输出模式
  `! F# v8 R: O+ X. D（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 B" F  |4 l, N, A（7）GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出（带上拉或者下拉）
) x7 B3 {3 q9 F' u0 j3 s（8）GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出（带上拉或者下拉）

; p5 Y  R5 b# w4 F2 W+ Z4 g3、4种最大输出速度
（1）2MHZ  (低速)
7 b$ _0 E* _8 g( q# m（2）25MHZ  (中速)
（3）50MHZ  (快速)
4 M& z$ c9 S5 L- {4 O/ g（4）100MHZ  (高速)
- I7 ^" @/ _2 H! K9 Q- L! ]6 n# v% K
关于他们的定义，都在  stm32f4xx_gpio.h 中，都为结构体形式的定义
8 h8 s" }  i$ D% X  \5 ?4 X
" h  M7 o2 \2 _/ u3 GPIO框图剖析


8 L% I# ]; ~, q1 n/ M) W
! Q0 u( B+ k( I2 s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
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
% O8 ]0 ~) K8 dTTL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
& u8 e$ J, Y' C0 C( M1 y 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 d6 z! C8 m, w; l2 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



0 o, [) n" O9 O4 GPIO的八种工作模式剖析：
+ E0 X+ j" S8 f7 L( V 浮空输入模式
8 }0 v; N5 J8 z/ x9 y* q6 k% 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
: X: A( r. `/ |" S' E
上拉输入模式
( Z8 `# g8 n4 L
6 p" r$ Y6 k7 C! n; a' f               

' L5 m* a  F2 x 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

( ^: Y  j+ Z" j) }% G" VSTM32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。

: D9 T: l! M8 r0 G3 j; v  g下拉输入模式
4 {, J( @, j, b/ |+ x) y
3 C' x6 f9 B) B0 Z" C                           
7 \2 ^- j+ B3 z  v2 N4 @
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

模拟输入模式
; d0 I4 N! ?7 @+ K0 C" A
                              
6 P7 ]/ V( Z2 {* m4 C2 X
2 o6 A5 j& ~7 _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
4 K; O6 u4 W: _2 ^$ B; c
" b$ |0 ?  G0 J5 o& |! ~: B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）
7 r  q; e6 @4 y7 h& d, G
. @+ `6 F4 j/ O! `/ T, J


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

- f* X" _  n; j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   


/ e* }& U4 r" {推挽输出模式（带上拉或者下拉）

9 I3 ^" I- s. _# A. F, t& R1 Z, \
' E2 f$ A- O/ H# i6 H
- X7 z. p; O' G. J7 s% 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
& g7 k+ K# G7 X  y' o' ~' Y9 T
7 }3 i; _+ h, i1 u, u6 h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）
- k  _  b: f3 f( A/ u: O
+ Q3 u  c6 W+ A$ ]7 [                
  J" N4 B- X, h3 |  c# f6 T
# z. N4 Z2 T* N  PGPIO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
  L  _' r: o& \: e  t8 o
复用推挽输出（带上拉或者下拉）
" H4 J. P$ ]; q& `
                  
/ v* @: z5 D+ Y
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
; D  h" F4 C+ c
开漏输出和推挽输出的区别：

推挽输出：
: W9 L) K: Q% G, e1 u# K- Y
+ O3 H# O2 f( K# y6 A4 D1 p% q6 u可以输出强高低电平，连接数字器件
! h6 T0 A; t) m- q* P+ i3 l
* \* P) Q8 C- l) }4 _4 J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.
$ d# z9 {8 J% k: m. {$ ~
开漏输出：
8 a/ g# b& E) O% N0 u+ ]/ H
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)；
: g$ d" Z% \8 A5 b+ i4 _
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


- D1 c6 ^" K8 B" y( m% m3 m5 K* W
( \4 Q1 V6 k) \4 W4 s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   
, \2 ~( b' p0 p$ U
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，
# y9 x- G  Y+ e! R6 a4 X
: B* U- x$ N( x在STM32中选用IO模式:
& e' A" T, a2 T6 q8 R
上拉输入、下拉输入可以用来检测外部信号；例如，按键等；
7 ?3 E7 \% s  D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）
% v3 e8 J& j: v" r
2 g$ J+ I2 k9 i' \  _7 V' u. c& c* UF4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

$ w4 F* D/ G8 O- ]2 PF1系列(M3)IO口基本结构：


" B/ E: S& o' C" w) {
( d! \% K7 |' P9 e# LF4系列(M4)IO口基本结构：

- i! ^! D- N6 Y

& M- |2 r7 V7 i" d4 |0 FF4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

! h6 ~0 j/ d4 c2 NGPIO的初始化(F4)
8 n- a, [. S  ?1 ^& ]" s& V( K6 c  y这里我们以初始化LED为例

! B. U: m3 `! ^% \' ~1.定义一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体

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

9 Z, T0 C2 L, C: g. w. u


# W+ ?: O4 O/ }2 a9 X: o5 o. a5 n2开启 LED 相关的 GPIO 外设时钟
8 R$ T5 B7 t7 k- \9 @3 Y' z

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？

3 B& t) C, o% M/ d1 U: S3 V    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。

3 j% V( M3 w3 }* [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。

: m& Z1 |" r8 P9 [而相对应的外设功能所使用的时钟 在stm32f4xx.h 中即可查看到
( s2 u# X; v7 @1 |
; {% A( r  M& }$ p. `RCC_AHB1

( ~# C: _7 A/ _8 {2 F

RCC_APB1

9 Y7 t4 ~9 d8 u  g6 d

! o4 S' S/ G: ^( {; p, B7 w- \3选择要控制的 GPIO 引脚

) [  ?2 R8 h& I# N! P2 L/ @! p

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



4设置所选引脚的模式

: [2 ]9 J& V5 A

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

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* v' {4 m: F! f4 e5 L- l9 h* U引脚的模式共有四种，分别为输入，输出，复用，和模拟模式

' n1 a4 u' l% p( X# B; x; U
( A) }" G9 a; i7 o
  ~/ `1 J# D! k2 {$ A) E- B5 设定所选引脚的输出类型
( S" W2 _% m9 k5 Q2 Z8 m* p
! Y$ R. Z. e; @5 \

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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; D$ v: z7 W$ _  Z输出模式有两种：推挽输出和开漏输出   
  Q. {; I) R9 z: \1 y& K  H- x# }
) R! }+ Y8 \/ Z( U, d
1 N; R: j; q4 p* S( S8 o& p9 e, Q
只有输出模式才需要配置，输入模式下不需要配置

6 设定所选管脚的速度
+ @7 ^8 `; c+ ^) c/ i# Q

1. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//设定速度为100MHz  高速模式

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9 S& B$ h; A7 I, a6 [5 {
0 K4 Z$ ^/ I! j' \
9 h: ^9 Q8 J  w' I( z7 设定所选管脚的上拉与下拉
; J5 E/ w( H- @, f, C
2 D0 A8 X$ L/ Q) |0 z: \

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

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& ~6 P+ F; d- J3 B1 |- O3 W3 A可设置为：上拉，下拉，与浮空
' s2 T! ~  i) A3 y& h8 b


8初始化GPIO
0 B$ z- ~, r9 e6 j$ [( d

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

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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
, a& c) T% D3 d8 B$ T

GPIO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  
: t( j( k' R' o! L3 t( e
& [" T2 R/ p+ q4 S GPIO_InitTypeDef 类型的结构体



: E+ M6 F/ Z# Z' e/ @所选管脚的速度



' l  A3 W: a% y- c$ t所选管脚的8种模式

0 A1 ~5 I; z6 N6 [. k  i

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

总归还是大同小异，不做过多介绍，看下下方配置即可
9 A9 [; r% J9 h( v9 ?
/ A9 E# ~. Y( G. q3 @$ _

1. <p>void led_init(void)</p><p>{</p><p><span style="white-space:pre">        </span>GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                    //定义初始化结构体</p><p><span style="white-space:pre">        </span>RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟</p><p><span style="white-space:pre">        </span></p><p><span style="white-space:pre">        </span>GPIO_InitStruct.GPIO_Mode    = GPIO_Mode_Out_PP;     //配置模式</p><p><span style="white-space:pre">        </span>GPIO_InitStruct.GPIO_Pin     = GPIO_Pin_0;           //配置哪个IO口</p><p><span style="white-space:pre">        </span>GPIO_InitStruct.GPIO_Speed   = GPIO_Speed_50MHz;     //配置IO口速度,仅输出有效</p><p><span style="white-space:pre">        </span>GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);                   //初始化GPIOA的参数为以上结构体</p>

复制代码

% O$ @; c- r: o0 x8 N8 C4 e* T

6 f4 X% v. S2 y" |0 R) f