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。
7 N# A% c4 y2 u1 F+ ]2 W, `1 E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。
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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。
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1. 推挽输出（Push-Pull，PP）

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。
& F4 f: ^# G# W( C/ [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。

: `  H* b( f# T* {2. 开漏输出（Open-Drain，OD）

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。
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。
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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：
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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。

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5 H) ~+ b1 N  a7 |' w3. 复用功能推挽/开漏输出（Alternate Function，AF）

6 x7 V; p3 ]' t, dGPIO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。
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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。

( F# {; E9 M2 V2 m+ X5. 下拉输入模式（Input Pull-down）
- [: W: @1 s# ]1 P% i5 X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）
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。

6 l7 A0 V0 t/ s5 t7 \  N2 w) K7. 模拟输入模式（Analog mode）
' g7 |( n" [2 F* k. V0 L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。

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。
2.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。
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3. 硬件方面
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% R( t/ N' c# y5 p2 \0 z常见LED灯（图片来源百问网）
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: S3 T3 m0 k. \- a- H6 Z/ i1 G# tLED灯原理图（图片来源百问网）

4. 软件方面
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1. #ifndef __DRIVER_LED_H
   9 k$ O/ ?: u  V- N* T4 `7 t, G% {) J
2. #define __DRIVER_LED_H
   # Q. r) T. I1 h
3. 
   
4. #include "stm32f1xx_hal.h"
   
5. 
   
6. /*********************
   : x: v* J. }$ m4 L3 Y  }# |
7. * 引脚宏定义
   
8. **********************/
   1 M% d: Y7 d4 E# M, H0 c0 d. `% b' w
9. #define B_LED_GPIO_PIN        GPIO_PIN_1
   
10. #define B_LED_GPIO_PORT       GPIOA
    
11. #define B_LED_GPIO_CLK_EN()   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
    ! t5 P& f+ b3 p0 h$ A: j& ~+ b! ^
12. 
    
13. /*********************
    - n3 z! w; ]+ C- [
14. * 函数宏定义
    , M6 B4 {3 D4 Y# r6 i/ [( E2 Y
15. **********************/
    
16. /*
    ; u: t) ]% v6 N% G4 Y
17. * LED亮灭函数宏定义
    
18. */
    
19. #define ON  GPIO_PIN_RESET
    
20. #define OFF GPIO_PIN_SET
    7 }7 W- C% l7 B* B$ ]0 E* A
21. 
    
22. #define BLED(flag)        HAL_GPIO_WritePin(B_LED_GPIO_PORT, B_LED_GPIO_PIN, flag)     
    3 ~  y* N0 a6 J5 o6 f7 T
23. 
    9 k7 k, n+ H5 k/ D3 H" ^
24. /*
    9 {( T' k1 X! d9 i, ~' Q8 _
25. *  函数名：void LedGpioInit(void)
    
26. *  输入参数：无
    
27. *  输出参数：无
    # {: v1 r+ O4 V* x& s  }
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
    0 m. j+ T& }3 m$ H9 P8 W
30. */
    3 N  h8 l$ e! B: H$ ?+ s
31. extern void LedGpioInit(void);
    
32. 
    $ E9 N' o9 A" V5 Z7 E) ?  H
33. #endif
    5 c* C. t  `1 U# G

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' X! O' \/ v/ Wdriver_led.c
! B+ ]3 n: G7 G" m0 P: E7 \
: G! p- T& G( n# F7 p( z" _5 o$ K

1. #include "driver_led.h"
   
2. 
   + F. `; p  m# {' U2 v: q4 f6 ^/ b7 c
3. /*
   ; f+ W: [0 I6 \1 o0 W3 Z
4. *  函数名：void LedGpioInit(void)
   
5. *  输入参数：无
   
6. *  输出参数：无
   
7. *  返回值：无
   
8. *  函数作用：初始化LED的引脚，配置为上拉推挽输出
   
9. */
   
10. void LedGpioInit(void)
    ( J' s& Q; N. e) O0 H3 `# P& U
11. {
    * W/ B0 Y& C; u& H- S5 |8 \
12.     // 定义GPIO的结构体变量
    
13.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    2 A9 ^5 |. o1 n0 u
14.     // 使能LED的GPIO对应的时钟
    
15.     B_LED_GPIO_CLK_EN();
    
16. 
    / G& Z2 n( S' V9 D+ k! l6 |" a! u
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
    ) N) I; f( C2 p0 e) K( T- u
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
    6 _* T# O7 ], }- }0 Y$ b* P* a
21. 
    4 F0 \  E5 e' D/ q# g5 I' m) ^
22.     // 初始化引脚配置
    * }9 r- T: ~' A, O5 d; r
23.     HAL_GPIO_Init(B_LED_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    . e$ j! L1 W/ e3 y$ a
24. 
    
25.     // 默认LED灭:OFF-灭，ON-亮
    % K9 ^) I0 b9 O. Z! d+ T( I
26.     BLED(OFF);
    
27. }
    ( s* R. [7 A* w, ?' ]

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7 ], O2 `! [" W$ Hmain.c

1. #include "main.h"
   : J2 r# X. ]) Z" @( q' L" v
2. #include "driver_led.h"
   
3. 
   * r3 L- X: k+ g9 ]$ X9 N( [
4. int main(void)
   ! ~6 B/ k4 ?" t/ l, F
5. {   
   
6.     // 初始化HAL库函数必须要调用此函数
   2 o1 m' G4 j/ G0 b) q7 j
7.     HAL_Init();
   + M. |8 z3 t! F# s  f& r5 M* M- g
8.     // 系统时钟即AHB/APB时钟配置
   
9.     SystemClock_Config();  
   
10.     // 初始化LED
    
11.     LedGpioInit();
    * k( x* Q: w1 C
12.         // 循环闪烁
    
13.     while(1)
    
14.     {
    2 @0 `2 d- p6 v2 A. ]7 e
15.         BLED(ON);
    . R: _" K: e! V. |4 }
16.         HAL_Delay(1000);
    * N& Z4 m1 u& o* Q1 o/ c5 c
17.         BLED(OFF);
    # F6 |! ?( I- }3 V% J7 Y
18.         HAL_Delay(1000);
    
19.     }
    % e: {. N6 K: ^
20. }

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