1. 什么是GPIO：
GPIO（General-Purpose IO ports，通用输入/输出接口），用于感知外界信号（输入模式）和控制外部设备（输出模式）。
STM32F103C8T6一共有48个引脚，除去电源引脚、晶振时钟引脚、复位引脚、启动选择引脚、程序下载引脚（大部分为最小系统必须引脚），剩下的则是GPIO引脚。
6 R+ ?$ K) n' ]0 A下图为STM32F103系列GPIO的基本结构，左侧连接MCU内部，中间上半部分为输入，中间下半部分为输出，右侧为MCU引出的外设I/O引脚。

! n. R& G% P' @( L$ h. y

0 S) ^1 p$ k, L5 u. K* b2. GPIO工作模式
8 P7 u0 W7 g1 @1 f# t7 {& h# }STM32F103系列的I/O引脚共有8种工作模式，其中输出模式有四种：推挽输出、开漏输出、复用推挽输出、复用开漏输出；输入模式有四种：上拉输入、下拉输入、浮空输入、模拟输入。


, |2 l* G0 b0 f& L4 e/ V( Y' b& @1. 推挽输出（Push-Pull，PP）

$ A4 N( I, o0 g/ A推挽结构由两个MOS管按互补对称的方式连接，任意时刻总是其中一个三极管导通，另一个三极管截止。
- _# \. }% [0 t, o$ C! x* ]$ F如上图①所示，MOS管作为开关使用，“输出控制”向两个MOS管栅极加一定电压，P-MOS管源极和漏极之间导通，VDD经过P-MOS管的S->G->D输出，N-MOS管处于高阻态（电阻很大，近似开路），整体对外为高电平；“输出控制”取消向两个MOS管栅极施加电压，P-MOS管源极和栅极截止，P-MOS管处于高阻态，N-MOS管源极和漏极导通，整体对外为低电平。
' m# K( b; M. B4 \推挽模式，让“输出控制”变为了VDD/Vss输出，使得输出电流增大，提高了输出引脚的驱动能力，提高了电路的负载能力和开关的动作速度。

1 @2 T) Y8 x' Y) E" ~; e2. 开漏输出（Open-Drain，OD）
- u. m9 q/ K  K" @% h
! W: i$ k3 E3 j开漏模式下，“输出控制”不会控制P-MOS管，“输出控制”只会向N-MOS管栅极加一定电压，两个MOS管都处于截止状态，两个漏极处于悬空状态，称之为漏极开路。“输出控制”取消栅极的施加电压，P-MOS管依旧处于高阻态，N-MOS管导通，整体对外为低电平。
8 r+ r- {" o6 C; x& h6 n6 M开漏输出模式可以等效将下图中灰色框的P-MOS管看作不存在。即该模式下只能输出低电平，若要输出高电平，则需要外接电阻，所接的电阻称为上拉电阻，此时输出电平取决于此时上拉电阻的外部电源电压情况，如下图中蓝色框的外部电路。
0 q! O; A/ P  R7 k- j# y$ ^: c5 Q
* G3 H  A( U) V* U! @6 w; s4 \
6 h! m0 J+ S, g) x/ L" g2 F4 [
8 a9 F8 C' |* g. }" y. O推挽输出模式可以直接输出高电平，开漏输出模式需要外接上拉电阻才能输出高电平，但开漏输出拥有一些推挽输出不具有的特性：

. J8 L; v; B! z+ R9 f8 A1.利用外部电路驱动能力。如图 8.1.2 所示，“输出控制”只需要提供一个很小的栅极驱动电流，VCC 经过上拉电阻为外部负载提高驱动电流；2.实电平转换。推挽输出模式由VDD提供，即只能提供3.3V电平。使用开漏输出模式后，VCC可以为 5V，从而实现了电平转换的效果。
3.方便实现“逻辑与”功能。多个开漏的引脚可以直接并在一起使用，统一接一个合适的上拉电阻，就可以实现“逻辑与”关系，即当所有引脚均输出高电平时，输出才为高电平，若任一引脚输出低电平，则输 出低电平。在I²C、SMBUS等总线电路中经常会用到。
- v4 u# B5 c! n

* J4 b/ p* F/ d! A0 B/ y1 q- N3. 复用功能推挽/开漏输出（Alternate Function，AF）
" e# C  {+ j$ @+ {' _5 g
0 g% ?$ Z3 n) }( q) GGPIO引脚除了作为通用输入/输出引脚使用外，还可以作为片上外设（USART、I²C、SPI等）专用引脚，即一个引脚可以有多种用途，但同一时刻一个引脚只能使用复用功能中的一个。
当引脚设置为复用功能时，可选择复用推挽输出模式或复用开漏输出模式，在设置为复用开漏输出模式时，需要外接上拉电阻。

4. 上拉输入模式（Input Pull-up）
如上图中②所示，VDD经过开关、上拉电阻，连接外部I/O引脚。当开关闭合，外部I/O无输入信号时，默认输入高电平。该模式的典型应用就是外接按键，当没有按键按下时候，MCU的引脚为确定的高电平，当按键按下时候，引脚电平被拉为低电平。

5. 下拉输入模式（Input Pull-down）
- }  B9 X/ @( i; g! \如上图 中②所示，Vss经过开关、下拉电阻，连接外部I/O引脚。当开关闭合，外部I/O无输入信号时，默认输入低电平。

+ I' _7 ^+ {/ I& V. Z4 t/ @6. 浮空输入模式（Floating Input）
, k  e, W" ^. r% Q4 \9 F" w0 [如上图中②所示，两个上/下拉电阻开关均断开，既无上拉也无下拉，I/O引脚直接连接TTL肖特基触发器，此时I/O引脚浮空，读取的电平是不确定的，外部信号是什么电平，MCU引脚就输入什么电平。MCU复位上电后，默认为浮空输入模式。
; Y) o. q' p/ U* E* J) l
7. 模拟输入模式（Analog mode）
. S8 _. a- `8 o" `如上图中②所示，两个上/下拉电阻开关均断开，同时TTL肖特基触发器开关也断开，引脚信号直接连接模拟输入，实现对外部信号的采集。
* m' m1 O  G5 M: V! n, _2 F
GPIO 输出速度
1.STM32的I/O引脚工作在输出模式下时，需要配置I/O引脚的输出速度。该输出速度不是输出信号的速度，而是I/O口驱动电路的响应速度。
! E0 O, {, d& e+ W. r6 y( m2.STM32提供三个输出速度：2MHz、10MHz、50MHz。实际开发中需要结合实际情况选择合适的相应速度，以兼顾信号的稳定性和低功耗。通常，当设置为高速时，功耗高、噪声大、电磁干扰强；当设备为低速 时，功耗低、噪声小、电磁干扰弱。
' n) c  k2 k7 [( F3.通常简单外设，比如LED灯、蜂鸣器灯，建议使用2MHz的输出速度，而复用为I²C、SPI等通信信号引脚时，建议使用10MHz或50MHz以提高响应速度。
' q7 ]2 o2 E. [) f
/ R; b# B( h2 I) Y  r8 m3. 硬件方面

, t2 D, Z! j8 U; w1 `/ u% v

+ k8 y$ k0 ^1 Q$ h+ m6 u+ n( I  f常见LED灯（图片来源百问网）
/ y9 o) U* y) B! j' v


  J! r3 c1 y2 s7 J6 w. g* M4 W; G+ JLED灯原理图（图片来源百问网）
8 R  y4 r% I1 T* Z' \" U, c' P6 R
8 G7 A3 T- \- p( Y3 W# U9 n8 D4. 软件方面
2 z% g+ L7 U3 H+ H7 Z, i9 ddriver_led.h

1. #ifndef __DRIVER_LED_H
   , m# m' g$ N- V1 s6 V
2. #define __DRIVER_LED_H
   / y- _" q+ }: f0 s2 _
3. 
   0 Q* X4 ~; G5 ?* c0 u
4. #include "stm32f1xx_hal.h"
   
5. 
   $ x" _6 l2 z( q) C
6. /*********************
   
7. * 引脚宏定义
   
8. **********************/
   
9. #define B_LED_GPIO_PIN        GPIO_PIN_1
   
10. #define B_LED_GPIO_PORT       GPIOA
    ' g  k3 }+ n; H3 S
11. #define B_LED_GPIO_CLK_EN()   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
    $ u& i, G4 y/ N+ K% H! p. Y
12. 
    9 y. {6 X) Y3 [! `4 ~( s* T2 f  X
13. /*********************
    , B9 `2 N/ k/ ?# g
14. * 函数宏定义
    
15. **********************/
    . Q& o* P7 ?. \# w1 t" y( v8 I
16. /*
    
17. * LED亮灭函数宏定义
    1 ?* b. e; v2 Z
18. */
    : k2 i2 \! l5 m! K
19. #define ON  GPIO_PIN_RESET
    0 C1 o- R8 M5 q' K# v, }
20. #define OFF GPIO_PIN_SET
    / s* ^( o! ~# v; _
21. 
    
22. #define BLED(flag)        HAL_GPIO_WritePin(B_LED_GPIO_PORT, B_LED_GPIO_PIN, flag)     
    
23. 
    
24. /*
    ( W7 o1 G+ Y; S
25. *  函数名：void LedGpioInit(void)
      M8 F( [) ?" t4 b. T- B8 H
26. *  输入参数：无
    - j( M$ Y+ ~5 f1 j% W) E- J
27. *  输出参数：无
    9 t2 d+ Q5 @  ~4 A
28. *  返回值：无
    : C- M+ `3 i: o) h# T0 T
29. *  函数作用：初始化LED的引脚，配置为上拉推挽输出
    + d# F6 ]4 n( j; w) ^' |' c" h2 ~) u
30. */
    
31. extern void LedGpioInit(void);
    9 h+ b1 J) I; T, s7 E) K
32. 
    
33. #endif
    

复制代码

driver_led.c

$ G# {8 l+ N  ]3 a% n6 L

1. #include "driver_led.h"
   . l+ z' M( S3 c# t: d) b  O* g
2. 
   
3. /*
   9 p7 J" q: F+ A( `. ~) }8 g2 R% u. E
4. *  函数名：void LedGpioInit(void)
   ; w, z' e. ^& K9 I" K: N1 Z7 ^0 C
5. *  输入参数：无
   
6. *  输出参数：无
   * t" R% h2 V. m' X: Z3 f
7. *  返回值：无
     }, ~, k3 Y- Z5 `+ J/ m* Z
8. *  函数作用：初始化LED的引脚，配置为上拉推挽输出
   ) w8 ~/ g! F7 ^1 U3 R, }: i8 V- X
9. */
   " m2 ?7 l  E1 X. N9 h
10. void LedGpioInit(void)
    7 D( v! B$ h2 V. l8 U# a' v
11. {
    
12.     // 定义GPIO的结构体变量
    
13.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
14.     // 使能LED的GPIO对应的时钟
      C* H( W- ~  N8 e5 c' @
15.     B_LED_GPIO_CLK_EN();
    
16. 
    , T9 O2 g6 F+ ]/ |
17.     GPIO_InitStruct.Pin = B_LED_GPIO_PIN;         // 选择LED的引脚
    
18.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;   // 设置为推挽输出模式
    
19.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;           // 默认上拉
    6 m! {, R6 k  ?
20.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;  // 引脚输出速度设置为慢
    
21. 
    0 {% t4 N; D" ^+ d/ b
22.     // 初始化引脚配置
    9 P4 C, @: ]& b+ h
23.     HAL_GPIO_Init(B_LED_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    % m! X0 N' g5 F2 }2 e' y9 s1 z
24. 
    
25.     // 默认LED灭:OFF-灭，ON-亮
    7 n+ Q/ B: b) [! s! c# [
26.     BLED(OFF);
    % w2 }0 `7 [# ]9 t
27. }
    % K! V; |* O& }) O& i

复制代码

main.c
, i9 y3 C5 J: i4 t. Q6 A

1. #include "main.h"
   
2. #include "driver_led.h"
   
3. 
   
4. int main(void)
   
5. {   
   $ t, i4 x" e+ k. M3 n
6.     // 初始化HAL库函数必须要调用此函数
   
7.     HAL_Init();
   + D7 k: _; v' ]
8.     // 系统时钟即AHB/APB时钟配置
   
9.     SystemClock_Config();  
   ' Y: o9 J5 Q  p! |0 T; ^: t
10.     // 初始化LED
    / J- U' A1 Z6 A5 }: u) E7 B
11.     LedGpioInit();
    
12.         // 循环闪烁
    9 _: b: N: W8 H4 y
13.     while(1)
    
14.     {
    
15.         BLED(ON);
    . r* ]6 K# t# g# c* X, q0 Q
16.         HAL_Delay(1000);
    
17.         BLED(OFF);
    
18.         HAL_Delay(1000);
    + b1 ~4 a/ z9 }8 e" v+ R
19.     }
    ! I6 W4 V' C$ a7 |9 D. J
20. }

复制代码

6 k* S6 }9 ^$ ^7 D4 P1 U; Z