1. 什么是GPIO：
: t1 Q( D7 H1 k" bGPIO（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。
% e( r( K$ x5 G  F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。
4 o2 c( \" i) E9 d  z% N
! _3 N; H+ L/ }2 y, \7 m( B

2. GPIO工作模式
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。

. U# B! Q3 b# d4 M) b- f4 _- A
. k2 H% f) U7 R1. 推挽输出（Push-Pull，PP）
" C3 `. B4 a2 D! n6 g
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。
6 s, P. X: S9 |7 `( e8 }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。
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。
6 S3 |. M5 r' z% X9 I1 i
0 i; t5 k; l3 j8 |$ W* Q0 |2. 开漏输出（Open-Drain，OD）

& g1 T+ r8 H7 G: B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。
1 \; }  z5 z0 T$ C% X: {9 `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。



% E& H) y- e& c1 {! \  _/ J1 V7 [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：
  l. Y: n8 \- X  }
( @# S8 p; |; ~1.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。

# `" p+ U: x) T: x9 C
; Q! n  i" O0 ~; j3. 复用功能推挽/开漏输出（Alternate Function，AF）

+ T7 _& l- ?: {, VGPIO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。
8 {% U# o/ N' q3 }  g. S- |% Q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。
+ o  d  Q* @& }+ ?
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。
; G, M9 r5 K+ h2 z/ k" Y5 @
3 @# w/ h  @" z6 t8 X' P( f! j5. 下拉输入模式（Input Pull-down）
" {  r. M/ G+ Z  ?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。

6. 浮空输入模式（Floating Input）
/ q$ l0 ~8 M# G7 V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。
) I% J  q& ~; @
7. 模拟输入模式（Analog mode）
% I1 X- o+ A1 J1 c* [% \  N: a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。
+ u! Q  o8 f3 T' H5 N2 u9 \2 m
GPIO 输出速度
. N" s# `4 G( v! [/ z- `& J$ S+ V1.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。
* r1 B+ K9 k& P. v2.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。
3.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。

3. 硬件方面

- G9 D& v; O, ]  d0 h: Y

# K9 A. j& j- A& P0 V常见LED灯（图片来源百问网）
5 D' d# G4 \& R; @2 k2 ^: s


# L/ n0 o% z9 Q4 xLED灯原理图（图片来源百问网）

4. 软件方面
9 m- @8 s  U7 J$ o# ydriver_led.h

( w5 V9 L9 h" s2 i* G; ^

1. #ifndef __DRIVER_LED_H
   " z* Y& ^4 w  X* d6 V
2. #define __DRIVER_LED_H
   9 K( Y7 r% [$ f: n8 V
3. 
   
4. #include "stm32f1xx_hal.h"
   
5. 
   
6. /*********************
   
7. * 引脚宏定义
   5 v9 @5 o! K( W* T
8. **********************/
   
9. #define B_LED_GPIO_PIN        GPIO_PIN_1
   % Z0 q# v7 n: A  P
10. #define B_LED_GPIO_PORT       GPIOA
    4 ?, b1 \- s) J4 n5 K+ G
11. #define B_LED_GPIO_CLK_EN()   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
    # t8 T: Y7 M/ z) C2 K$ K* x9 Z/ q# p
12. 
    
13. /*********************
    
14. * 函数宏定义
    - ^. n0 `1 T) j) N: c
15. **********************/
    8 `/ f8 w* b4 h5 Z6 b9 i8 u
16. /*
    9 O' E  X. j9 \# L5 ~
17. * LED亮灭函数宏定义
    
18. */
    $ v7 P6 b! N! W% O
19. #define ON  GPIO_PIN_RESET
    
20. #define OFF GPIO_PIN_SET
    ' B# @- P4 i: k$ s! p) k  T
21. 
    
22. #define BLED(flag)        HAL_GPIO_WritePin(B_LED_GPIO_PORT, B_LED_GPIO_PIN, flag)     
    3 B7 D: `2 J9 y6 o
23. 
    
24. /*
    3 U' E1 o" _% x5 o! k- [- U- t
25. *  函数名：void LedGpioInit(void)
    & ~, G. ?7 R7 C) k. S# k
26. *  输入参数：无
    
27. *  输出参数：无
    1 B6 a3 n7 t0 c( i1 [/ M- A) U
28. *  返回值：无
    
29. *  函数作用：初始化LED的引脚，配置为上拉推挽输出
    
30. */
    
31. extern void LedGpioInit(void);
    
32. 
    : T: H0 W- s3 t  n6 r
33. #endif
    0 G3 J0 n4 r2 i6 ~

复制代码

driver_led.c

1. #include "driver_led.h"
   " P0 Q1 E1 ^* W
2. 
   & l. ]8 V9 v" t. X" I& P$ D' Y
3. /*
   # P- o# z1 J2 q# C0 ^/ A9 |
4. *  函数名：void LedGpioInit(void)
   
5. *  输入参数：无
   
6. *  输出参数：无
   $ M! J: x3 N8 f" _
7. *  返回值：无
   ; u2 j/ n" |1 ^$ Y  ^" h
8. *  函数作用：初始化LED的引脚，配置为上拉推挽输出
   ! o" @( C& u. B
9. */
   
10. void LedGpioInit(void)
    
11. {
    ' F* f: W. j0 N& s
12.     // 定义GPIO的结构体变量
    , {: y. [* V; C0 M4 O( a% l
13.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
14.     // 使能LED的GPIO对应的时钟
    / Y0 E( l- O8 K9 {% k
15.     B_LED_GPIO_CLK_EN();
    
16. 
    ' e4 u* C. C; i
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
    ! j, U2 I& V4 N/ d! F1 T1 [  l
19.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;           // 默认上拉
    
20.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;  // 引脚输出速度设置为慢
    
21. 
    $ X+ u/ q8 w- N( U
22.     // 初始化引脚配置
    5 q5 ~: i4 T! R9 I4 ?
23.     HAL_GPIO_Init(B_LED_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
24. 
    
25.     // 默认LED灭:OFF-灭，ON-亮
    / S; u7 z" C8 ?& L4 k
26.     BLED(OFF);
    
27. }
    4 Q- D) N* g8 j4 d' Q

复制代码

" i6 W( P- y3 r# m1 ]main.c
5 B' v7 O% d! t$ c1 |
2 G' ]" I9 }( u/ ?8 F

1. #include "main.h"
   : L9 D5 f" ]5 [! b, X6 y! o
2. #include "driver_led.h"
   
3. 
   
4. int main(void)
   6 z) f- y- t8 I0 J$ V
5. {   
   
6.     // 初始化HAL库函数必须要调用此函数
   ; C1 H4 G+ m9 m# F9 K8 }6 r! H
7.     HAL_Init();
   
8.     // 系统时钟即AHB/APB时钟配置
   
9.     SystemClock_Config();  
   
10.     // 初始化LED
    
11.     LedGpioInit();
    " [& r2 x4 b/ O
12.         // 循环闪烁
    
13.     while(1)
    " ^) L, z$ K& l7 Q, `8 w
14.     {
    7 R% O; w& y) N( y, z% I
15.         BLED(ON);
    - E9 V+ N6 K5 o' @3 W3 W7 d
16.         HAL_Delay(1000);
    & P% `* j) z5 F  O8 B& R2 _
17.         BLED(OFF);
    ! z0 V6 h/ @( f: X
18.         HAL_Delay(1000);
    
19.     }
    
20. }

复制代码

2 R! @8 i+ \' \1 X