前言
本文档主要讲解了STM32F4系列的芯片，起始M3系列的GPIO也类似

# t1 ?. e2 _5 U8 @5 x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
, w" M* h( b  {9 h$ M, N, [3、正点原子的STM32F4开发指南（寄存器版本）
7 E, ~( t% Z* A' r  G9 q( ^
7 r* Q) {- M( U, B/ p) w一、引脚说明
  g+ m4 X- z( S* l' Q这里对STM32F407ZGT6的IO口进行说明


8 ]. K' S5 c7 ^# g- n
  f# O5 {4 w% o5 {' }7 pSTM32F407ZGT6：一共有7组IO；每组16个IO；一共112个IO，外加PH0/PH1共114个IO

GPIOA——GPIOG、PH0、PH1
# V; q4 W6 P1 }8 }
1 \1 c6 ^+ S; `) }' F+ S在数据手册可以查看引脚的功能
) W2 X9 ~( {! V4 Q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）。

% J  g6 \0 N9 p. A

所有IO都可以作为中断输入
  ]4 V& V+ O5 S7 r
3 @- r6 d3 U2 C- v
+ n% U/ w' W4 ]/ S6 X- `# b3 M二、GPIO的工作模式
2.1 GPIO工作方式
; C, y9 S$ a) p' o  b4种输入模式：输入浮空、输入上拉、输入下拉、模拟输入
4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)
% f4 [; a  W8 t! D推挽输出： 可以输出强高低电平，连接数字器件
0 n6 v5 }1 N( y8 C3 k4 }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)
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。



2.2 GPIO基本结构
（1）M3和M4的IO口的结构区别
; ^+ ~3 W) ?3 a. ]: s; Y( k# p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。


9 D; |5 y* V1 F; K; v
0 _+ s3 {- ]6 T& m5 v: y
9 w1 |9 V' V' b: T9 g$ K. v（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
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。

% f) M% N( @! X+ g

5 d7 B+ h) r' {+ {3 _' ~) W3 Q复用开漏输出模式
$ X5 z' r3 V8 y' j

, h$ o! {5 p, Y

推挽输出模式
# V/ Z3 o) ~) g$ @输出的状态就是IO口的状态。


( }. g% a5 L% @8 {: o1 U; X' i

复用推挽输出模式
# q9 u% M/ k$ r, T7 r

! V, |+ I, O: T8 P2 {+ |- b
' F  j& N" B" p1 t: u
: S* b( |- R1 z. o  p0 {0 j三、GPIO的相关配置
& G2 G& N$ N0 H每组IO口下含有10个及寄存器，一共可以控制16个IO口。




: _2 z) H( X6 x8 P
' W) X6 I- i* Q) ?# p3.1  端口模式寄存器（GPIOx_MODER）
" R! E: v- t2 n, _, l* m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
" J4 E1 j7 Y+ c

6 l! R& |  E' ^) O" K2 v
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
, W  U/ m# o: V( z


- t. J# a- i8 S" A2 ^+ W3.3 端口输出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）
9 r* h  i6 p5 D! Q每个IO口占两位，即4种状态2/25/50/100MHz

6 n  k! r* v3 w) v; p

3.4 端口上下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）
6 E/ [4 F9 ~, g0 Y2 x
: I4 a6 N' {" M* c$ M
! e0 @* h' u) N& `# S/ _, v+ j4 p% G
3.5 端口输入数据寄存器（GPIOx_IDR）

! J5 V" s! j6 d4 h: N- G3 B

) ]* [' l$ u  T9 v) i' x7 l
3.6 端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR）

4 P% T  j& B7 n; S* R

, z  \0 L$ `) u3.7 端口置位、复位寄存器（GPIOx_BSRR）

% P' R6 E: O1 I# t1 k
; r9 }, h1 q# g' q# E6 G" C! F& L0 e* a# s, Q
3.8 端口配置锁定寄存器（GPIOx_LCKR）
6 W3 e; ^4 H' }4 Y


" V1 t+ \1 i1 ]: p& L$ K
1 t' A2 R* E& U6 y3.9 复用功能（高低位）寄存器（GPIOx_AFRH/L）
5 q' k9 ~5 N1 A" O6 |* J$ U2 y/ F, H
) S( G  c7 J- g; O
! e8 e& A1 t) O! Q' d
. \1 V! C. |/ X4 b7 U

. T" n- k( H0 G7 `/ ]" {% A! U四、GPIO端口八种模式的区别
（1）GPIO_Mode_AIN 模拟输入
（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
（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
/ t# W' B, n& d. ?' _$ `（6）GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
（7）GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
（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
7 o0 q, |" n7 Z6 H2 \
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。

$ S9 F& _8 p) ]" J/ e  x( T# X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。
' W6 j1 k4 z+ F4 U/ _; S9 T1.1.2 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。
) ]  J. i5 G% H1.1.3 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。
* J, B4 O# U3 l' ~) x1.2 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。
. M. c8 G1 d" x1 H$ `' M! X0 q1.3 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。
6 W/ T/ L4 M+ R' q/ Y& E  X1.5 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。
2 c( y. ~0 F1 z& H5 I* o
4.2 推挽输出与开漏输出的区别
5 S  u1 {* N' z2 L7 ~; O3 a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
2 d8 M6 @" N1 r0 Z  c


（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

" `% t, F, z6 K/ y* K" F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

推挽模式：输出 0 时，N-MOS 导通，P-MOS 高阻 ，输出0。
7 ]3 K2 z: O3 D3 C3 `输出 1 时，N-MOS 高阻，P-MOS 导通，输出1（不需要外部上拉电路）。

* K9 u8 v: e! D& h% K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

（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。

6 ^& _* P) J/ {( }0 a( p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。 ）
$ g" z- g0 i8 g5 G# `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

4.3 IO口工作模式的选择
（1） 浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入，可以做KEY识别，RX1
- I4 t, k% Y3 B/ f' |: y. D9 v（2）带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入
0 d: o; u+ r- p- e/ X! g（3）带下拉输入_IPD—— IO内部下拉电阻输入
4 G4 Q8 ^( _: V0 p2 \（4）模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电
# ~4 Z# |) ^, t0 F) r（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
" v; c& |/ b7 X0 l, _  l（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
) r& L! E; J% e& }5 j（7）复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能（I2C的SCL,SDA）
（8）复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）
) s7 A/ b  c/ z3 e4 n1 X
STM32设置实例：
6 K9 {( m: l* }" W, @（ 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
$ A3 C' e# p' m2 I* @GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0) ；拉高，然后可以读 IO 的值；使用
# U6 I* B6 p; \$ b2 u, kGPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0) ；
（ 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 ；
9 I9 l/ j7 s& x  l; B0 h* C7 G% r
STM32IO口配置方式：
! d" ]8 N% ^' U  b$ d8 k- r1 ）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。
& \# W' B* w- t* j! M; i  o2 ）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。
* }2 \  r. D  J2 b1 Z6 b3 ）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。
4 ）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。
' q/ T6 t' r9 ?5 K' }+ U4 L5 ）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.
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

4.4 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
6 J  B8 N* ]0 o8 \  C. w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 .
stm32 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 .
; E9 F7 a3 {8 T3 `4 B8 IOSC_IN 和 OSC_OUT 可以重新映射为 GPIO PD0,PD1.
1 p) U3 x2 m8 e7 \注意 PD0,PD1 用于输出地时候仅能用于 50MHz 输出模式 .
, D2 x) u- V: O  z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!!!!!!!!
————————————————
# l- _0 R* e/ r. p. \* f) ]版权声明：追逐者-桥


. `( ]: w1 }% h