前言
' l' H+ ^" M& C$ x; ^本文档主要讲解了STM32F4系列的芯片，起始M3系列的GPIO也类似
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主要参考的资料
1、STM32F4系列的中文参考手册
2、SM32F407ZGT6的数据手册
3、正点原子的STM32F4开发指南（寄存器版本）

4 r; _3 `1 I5 R' o  j  _) c0 Y一、引脚说明
! h9 c' q6 |# X: R这里对STM32F407ZGT6的IO口进行说明
6 a/ B/ j- T! r; x0 I
  \3 Z* h+ F! [/ A, M; {

STM32F407ZGT6：一共有7组IO；每组16个IO；一共112个IO，外加PH0/PH1共114个IO

; j$ `! q9 Y2 ]2 eGPIOA——GPIOG、PH0、PH1

/ L; {, C' `+ u( i在数据手册可以查看引脚的功能
$ @0 A  m. l0 _比如搜查PA9，可以看到其处理可以用作IO口输入输出以外还可以复用为其他功能比如定时器TIM1，以及重映射如OTG；查看FT表示支持5V输入输出（M4大部分都支持）。
- r5 P$ b+ l1 L% c) \5 V


所有IO都可以作为中断输入
! V- H2 v2 Y- O
4 F% x% R# J# P9 N0 o
+ @. U2 r- B4 f1 {- E" ~0 ]) b二、GPIO的工作模式
( ~+ b6 k' @  h0 f; I' E" }0 w9 c2.1 GPIO工作方式
. B$ ?% \" z6 ^6 \" {: o0 b4种输入模式：输入浮空、输入上拉、输入下拉、模拟输入
. {$ F, B* }, ]+ A- j  b4种输出模式：开漏输出、复用开漏输出、推挽式输出、复用推挽式输出(均可带上拉或下拉)
4种输出速度：2M、25、50、100MHz(M4独有)
# t% z5 S7 D: F, l; n推挽输出： 可以输出强高低电平，连接数字器件
开漏输出： 只可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适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)
& K! f- N0 m& w' p6 X' j+ K% U上电复位后，GPIO默认为浮空状态，部分特殊功能引脚为特定状态。

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" t2 |, k8 }9 }3 ^
/ C# ^7 J+ v7 m* C- p/ D7 s/ }2.2 GPIO基本结构
（1）M3和M4的IO口的结构区别
相比M3，M4将输入的上拉下拉电阻移到了外面，使输出也具有了上拉下拉的功能。


4 S" S9 G) i9 ]' }4 K

（2）输入输出结构  
由于输入模式比较简单这里不进行详细说明。输出使用的F1的图，将上下拉移到外面就是F4。

开漏输出模式
$ V) D% E( b2 Y: q4 L" u9 ~因此只有NMOS管使能，输出为0的时候IO的状态才能确定是0；而输出为1的时候IO口的状态是由外面的上下拉决定的。
% V: g8 _. i) ^3 {. K- R


+ w( K# @( t& o$ Y. i复用开漏输出模式
% t7 ?4 V7 d  M, ^  a3 n% ?+ N; o1 j  q
, D; F& b, U% M! D  R. I7 K$ ?

) F, Y" p3 d/ E; x' k# ?% N
% O: K8 K. B- i 推挽输出模式
. G. p+ M( D: q2 ^: @9 [输出的状态就是IO口的状态。
, H& S1 j+ G$ H- J1 s4 H

' M7 j6 o/ u# {9 p
, n7 D& u; x, s: L# A
# G5 M. s1 O3 x复用推挽输出模式



# j! J6 o/ C8 {- E' W( P
三、GPIO的相关配置
7 q# ~+ D) Q, o( f每组IO口下含有10个及寄存器，一共可以控制16个IO口。



  N* S& x: R# o  `/ a# c

3.1  端口模式寄存器（GPIOx_MODER）
每组16个IO口，32位寄存器，每个IO口占2位，也就是有4种状态可以配置
8 [& \& D; C% S. @* y! N
( z" r! T' J7 m2 x2 k* }
, p9 |( i4 O+ I( ^- A
3.2 端口输出类型寄存器（GPIOx_OTYPER）
高16位没有到，只用到了低16位，每个IO口有两个状态
; n1 E4 g' o" [6 ?4 \: _) t$ `+ h' _

+ c% `  L2 x* b/ y3 D
0 d3 l- W8 K) x- {$ O# F3 z8 d) n! i3.3 端口输出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）
每个IO口占两位，即4种状态2/25/50/100MHz


9 e5 [0 ^! b7 k# }% p4 B# `% L$ U
3.4 端口上下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）

+ x& B) b" T1 E6 R4 \) z

6 h, C$ {# S% I7 ~8 b* `1 {5 ~3.5 端口输入数据寄存器（GPIOx_IDR）




3.6 端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR）
% J& b3 h' Q* b' P, h7 l9 ~
$ P8 ^  P" _& W% Y) @, j. M
/ O1 A$ j( L8 `6 t
3.7 端口置位、复位寄存器（GPIOx_BSRR）
& ^& M: E) E* k' k5 W

" C/ m" Z6 F* y
3.8 端口配置锁定寄存器（GPIOx_LCKR）

* y* n1 m# U, [1 V6 z1 S% R) _9 U
: U2 ~# F7 H- z3 s: Y' e; V

3.9 复用功能（高低位）寄存器（GPIOx_AFRH/L）



+ ~; k0 }! _9 [5 R: i

8 t+ {2 V0 }4 L: _( X8 J% L四、GPIO端口八种模式的区别
; B& ?- K) M- {% Y- a! p（1）GPIO_Mode_AIN 模拟输入
（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
3 W; i- p4 e- O. A4 ]% S6 A5 V! x7 ?（3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入
（4）GPIO_Mode_IPU 上拉输入
（5）GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
5 {5 X. ~4 {# k" C  A+ b（6）GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
% U8 E) p" s# H4 c$ ~8 V' v! n7 d（7）GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
7 T: k: ]) P1 _（8）GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出
平时接触的最多的也就是推挽输出、开漏输出、上拉输入这三种
8 c  x9 ?* \7 {" f
4.1 IO口输出的速度
I/O口的输出模式下，有3种输出速度可选(2MHz、10MHz和50MHz)，这个速度是指I/O口驱动电路的响应速度而不是输出信号的速度，输出信号的速度与程序有关（芯片内部在I/O口 的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路，用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路）。通过选择速度来选择不同的输出驱动模块，达到最佳的噪声 控制和降低功耗的目的。高频的驱动电路，噪声也高，当不需要高的输出频率时，请选用低频驱动电路，这样非常有利于提高系统的EMI性能。当然如果要输出较高频率的信号，但却选用了较低频率的驱动模块，很可能会得到失真的输出信号。
$ r, h* R' l& a6 I. k1 `
关键是GPIO的引脚速度跟应用匹配（推荐10倍以上？）。
1.1.1 对于串口，假如最大波特率只需115.2k，那么用2M的GPIO的引脚速度就够了，既省电也噪声小。
1.1.2 对于I2C接口，假如使用400k波特率，若想把余量留大些，那么用2M的GPIO的引脚速度或许不够，这时可以选用10M的GPIO引脚速度。
: G7 W4 M" m3 M; ]# u3 Y8 N1.1.3 对于SPI接口，假如使用18M或9M波特率，用10M的GPIO的引脚速度显然不够了，需要选用50M的GPIO的引脚速度。
* ~& q! S6 u7 F% K  p: F, V1 w1.2 GPIO口设为输入时，输出驱动电路与端口是断开，所以输出速度配置无意义。
1.3 在复位期间和刚复位后，复用功能未开启，I/O端口被配置成浮空输入模式。
1.4 所有端口都有外部中断能力。为了使用外部中断线，端口必须配置成输入模式。
3 _& B2 Y+ Y- `* i% x6 I7 b7 h! N1.5 GPIO口的配置具有上锁功能，当配置好GPIO口后，可以通过程序锁住配置组合，直到下次芯片复位才能解锁。

4.2 推挽输出与开漏输出的区别
简单来说开漏是0的时候接GND 1的时候浮空 推挽是0的时候接GND 1的时候接VCC

) e! I, z- u% O9 O+ b

0 Y9 h" E3 e3 {" h6 @5 N+ M$ R, E（1）推挽输出
可以输出高,低电平,连接数字器件；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。高低电平由IC的电源指定
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+ m; P+ a5 \# `5 s" R# m, A要实现线与需要用OC(open collector)门电路.是两个参数相同的三极管或MOSFET,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小,效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流
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推挽模式：输出 0 时，N-MOS 导通，P-MOS 高阻 ，输出0。
7 \" f! s" o" H4 U% ^: Q- Q输出 1 时，N-MOS 高阻，P-MOS 导通，输出1（不需要外部上拉电路）。

推挽电路是两个参数相同的三极管或 MOSFET, 以推挽方式存在于电路中 , 各负责正负半周的波形放大任 务 , 电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。                               复合互补推挽式OTL功率放大电路
" G! g: q9 ?$ p
（2）开漏输出
输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适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).
开漏模式：输出 0 时，N-MOS 导通，P-MOS 不被激活，输出0。输出 1 时，N-MOS 高阻， P-MOS 不被激活，输出1（需要外部上拉电路）；此模式可以把端口作为双向IO使用。

开漏形式电路的特点：
1. 利用外部电路的驱动能力，减少 IC 内部的驱动。当 IC 内部 MOSFET 导通时，驱动电流是从外部的VCC 流经 R pull-up ， MOSFET 到 GND 。 IC 内部仅需很下的栅极驱动电流。
2. 一般来说，开漏是用来连接不同电平的器件，匹配电平用的，因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时， 只能输出低电平，如果需要同时具备输出高电平的功能，则需要接上拉电阻，很好的一个优点是通过改变 上拉电源的电压，便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以提供 TTL/CMOS 电平输出等。（ 上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度 。阻值越大，速度越低功耗越小，所以负载电阻的选择要兼顾 功耗和速度。 ）
3. OPEN-DRAIN 提供了灵活的输出方式，但是也有其弱点，就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通 过外接上拉无源电阻对负载充电，所以当电阻选择小时延时就小，但功耗大；反之延时大功耗小。所以如 果对延时有要求，则建议用下降沿输出。
4. 可以将多个开漏输出的 Pin ，连接到一条线上。通过一只上拉电阻，在不增加任何器件的情况下，形成 “ 与逻辑 ” 关系。这也是 I2C ， SMBus 等总线判断总线占用状态的原理。补充：什么是 “ 线与 ” ？： 在一个结点 ( 线 ) 上 , 连接一个上拉电阻到电源 VCC 或 VDD 和 n 个 NPN 或 NMOS 晶体管的集电 极 C 或漏极 D, 这些晶体管的发射极 E 或源极 S 都接到地线上 , 只要有一个晶体管饱和 , 这个结点 ( 线 ) 就被拉到地线电平上 . 因为这些晶体管的基极注入电流 (NPN) 或栅极加上高电平 (NMOS), 晶体管就会 饱和 , 所以这些基极或栅极对这个结点 ( 线 ) 的关系是或非 NOR 逻辑 . 如果这个结点后面加一个反相 器 , 就是或 OR 逻辑 . 其实可以简单的理解为：在所有引脚连在一起时，外接一上拉电阻，如果有一个引脚输出为逻辑 0 ，相当 于接地，与之并联的回路 “ 相当于被一根导线短路 ” ，所以外电路逻辑电平便为 0 ，只有都为高电平时，与 的结果才为逻辑 1
9 U. F4 S1 `" l
2 }% U: q; z  ]; E  A4.3 IO口工作模式的选择
1 A5 x! E) B7 R4 V* V1 l/ C4 F（1） 浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入，可以做KEY识别，RX1
（2）带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入
3 B) i/ A: r# P8 e- m6 ^! H（3）带下拉输入_IPD—— IO内部下拉电阻输入
（4）模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电
! ~( O) g. }% p4 k: j（5）开漏输出_OUT_OD ——IO输出0接GND，IO输出1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。当输出为1时，IO口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变 。可以读IO输入电平变化，实现C51的IO双向功能
4 a  W/ n5 T5 p0 m（6）推挽输出_OUT_PP ——IO输出0-接GND， IO输出1 -接VCC，读输入值是未知的
) a, r& u5 V, V0 R3 ?（7）复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能（I2C的SCL,SDA）
" _5 m. ]$ f3 |/ O# ~（8）复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）
1 H) w7 A9 T2 X0 {. I) y* i
  A% H/ P+ |( r$ [2 R6 \STM32设置实例：
（ 1 ）模拟 I2C 使用开漏输出 _OUT_OD ，接上拉电阻，能够正确输出 0 和 1 ；读值时先
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0) ；拉高，然后可以读 IO 的值；使用
0 S& ]- `0 h4 ^6 l; @GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0) ；
( l6 {0 C! M0 {. P& J（ 2 ）如果是无上拉电阻， IO 默认是高电平；需要读取 IO 的值，可以使用带上拉输入 _IPU 和浮空输入 _IN_FLOATING 和开漏输出 _OUT_OD ；
) I% @  e$ x3 [& x: s/ Q
STM32IO口配置方式：
: P6 _4 R/ E/ A& [$ ^7 w1 ）作为普通 GPIO 输入：根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
2 ）作为普通 GPIO 输出：根据需要配置该引脚为推挽输出或开漏输出，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
3 ）作为普通模拟输入：配置该引脚为模拟输入模式，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
7 r1 ]! g/ {+ H/ J8 N+ T5 ]: d4 ）作为内置外设的输入：根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时使能该引脚对应的某个复用功能模块。
+ R( ]! s, d8 f* B3 J5 ）作为内置外设的输出：根据需要配置该引脚为复用推挽输出或复用开漏输出，同时使能该引脚对应的所有复用功能模块
注意如果有多个复用功能模块对应同一个引脚，只能使能其中之一，其它模块保持非使能状态。 stm32 复位后,IO 端口处于输入浮空状态. JTAG 引脚复位以后,处于上拉或者下拉状态.
# N( l4 |1 R4 H% o) P5 }所有 IO 端口都具有外部中断能力,端口必须配置成输入模式,才能使用外部中断功能
# ]( ]4 o1 Q6 W) G
4.4 IO口复用功能配置
对于复用功能输入 , 端口可以配置成任意输入模式或者复用功能输出模式 .
对于复用功能输出 , 端口必须配置成复用功能输出
/ n% \4 g5 n: j对于双向复用功能 , 端口必须配置成复用功能输出
stm32 的部分 IO 端口的复用功能可以重新映射成另外的复用功能 .
4 l) ^* F  P) j6 o! T/ Z& N9 z0 {' Jstm32 具有 GPIO 锁定机制 , 即锁定 GPIO 配置 , 下次复位前不能再修改 .
当 LSE 振荡器关闭时 ,OSC32_IN 和 OSC32_OUT 可以用作通用 IO PC14 和 PC15.
当进入待机模式或者备份域由 Vbat 供电 ,PC14,PC15 功能丢失 , 该两个 IO 口线设置为模拟输入功能 .
OSC_IN 和 OSC_OUT 可以重新映射为 GPIO PD0,PD1.
' {( o$ ]6 p0 H) j注意 PD0,PD1 用于输出地时候仅能用于 50MHz 输出模式 .
$ H6 g. Q1 {( p注意C13,PC14,PC15 只能用于 2MHz 的输出模式 ,, 最多只能带 30pf 的负载 , 并且同时只能使用一个引脚!!!!!!!!
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' Q  ~6 J6 g% ]版权声明：追逐者-桥
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