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

主要参考的资料
0 f7 M, X9 s5 @/ O( {2 C1、STM32F4系列的中文参考手册
5 ~& K5 N# E6 r2、SM32F407ZGT6的数据手册
3、正点原子的STM32F4开发指南（寄存器版本）
% C7 B' q3 r* V1 p
9 n% }) R# q$ ]. m一、引脚说明
) K) {: \' C; P9 N, n4 |这里对STM32F407ZGT6的IO口进行说明
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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

GPIOA——GPIOG、PH0、PH1

8 D& q; [+ O2 n在数据手册可以查看引脚的功能
- @  J( `& B6 w8 _' U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）。
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3 K/ B1 A* T- n9 I. C1 p% N

所有IO都可以作为中断输入
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二、GPIO的工作模式
2.1 GPIO工作方式
4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)
( I6 D# [. Y: n( g- |( m4种输出速度：2M、25、50、100MHz(M4独有)
) R0 w( W# U" K* x& i" W推挽输出： 可以输出强高低电平，连接数字器件
! C; D, w' c+ j& b6 ]0 U' i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)
+ p5 T  n6 ^- h6 q$ `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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* i3 m+ ?5 W" b# v
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。




（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。
) T# y% S$ n: C7 I8 t5 V
& U. ~3 M& z( {开漏输出模式
6 P3 ^4 u5 w2 \! l- _4 e% i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。

4 m) {* A1 l; s# o- q. }" i

复用开漏输出模式




" j5 H: d5 t$ {1 D 推挽输出模式
输出的状态就是IO口的状态。

, g4 b4 x  j1 k" R8 J: _+ c
$ Y: ^/ D8 @. \

  [& ]7 b! k6 w, h1 p复用推挽输出模式

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- y3 P- Z1 S0 V, m* g$ T
: y& b1 A4 N  V. d& c' c" c三、GPIO的相关配置
& j, }5 u* |, x6 z4 c- b3 l每组IO口下含有10个及寄存器，一共可以控制16个IO口。

/ w* t6 K+ z) f& Q5 h  G/ i+ _


- r7 z6 d( M0 B# K. K" M# D# o
3.1  端口模式寄存器（GPIOx_MODER）
% k; z' i4 J  \5 r. \$ P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

7 k0 y% J, k( Y* s3 k! C9 m

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



; j8 c8 c1 j: r2 c; o! A3.3 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

; A' u. l; [/ s$ j- {) q

3.4 端口上下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）
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1 z/ X9 P8 i* O
2 D& V* y1 Y' R& c- k" e3.5 端口输入数据寄存器（GPIOx_IDR）


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3.6 端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR）
  g! Z9 v$ S6 E
* M* p5 [( A" ^! E1 T0 p2 w
+ \  q( d  G- a4 R, i' A% s' }1 d. W! L
3.7 端口置位、复位寄存器（GPIOx_BSRR）
) K" t+ A+ `# T- m9 w


2 ~& n+ p* [& J0 V8 z  n. g3.8 端口配置锁定寄存器（GPIOx_LCKR）
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+ \" v  U& u! g: `
* V$ |# a: o) E! v' ^; O

3.9 复用功能（高低位）寄存器（GPIOx_AFRH/L）





6 K( T3 [1 v! d$ }' V. ^9 k# F四、GPIO端口八种模式的区别
$ x) k6 U9 P* w9 ^; O* f' a（1）GPIO_Mode_AIN 模拟输入
（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
! H0 |; P& f4 O: v5 K- [8 F（3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入
% L& }7 Q; @# C) H/ f9 \6 c  A（4）GPIO_Mode_IPU 上拉输入
& S( [0 R: R0 w（5）GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
（6）GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
' _% Q9 v* e# m; T4 h* S（7）GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
! z- a6 D* e' H1 K' a' k; K& }（8）GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出
$ _) B- }( r& [' ~$ y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
* s0 k, L9 ]( ~. y
1 O5 H+ g  z/ Z3 X3 g7 Y4.1 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。

关键是GPIO的引脚速度跟应用匹配（推荐10倍以上？）。
9 B1 j& O0 z& P' I1.1.1 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。
- Y# K7 [* e! T, J2 ~" h% D" h; ^1.1.3 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。
! }, K& s* Y% V: R* N, V/ w3 e1.2 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。
. q$ J- A# T' [+ y' R6 z; P" w$ ]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。
8 _% a$ T: C) N$ Y6 b/ {, G1.5 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 o" N. ?4 P0 D# i. W. E
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

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1 C3 T. g7 @( M3 [6 x
: N2 i& u, q5 `! M3 Y（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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4 X8 I9 D( Y+ {* l3 w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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' B; _: \- q1 O0 n( _8 D. Q! s推挽模式：输出 0 时，N-MOS 导通，P-MOS 高阻 ，输出0。
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

" T$ A  M  d- P$ m4 m% |( N（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).
9 v5 W8 }" _; J  a( y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。

( S; k( `1 _3 V( W& X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。
0 F' [' M7 }9 P! g2. 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

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
（2）带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入
' z! A+ z) l6 D  p8 `8 r2 u（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
, k( S# b1 u# B# }  G, R- a/ X（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
& K/ @: x  Q1 e（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
（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）

7 x# ^" D5 _- z% |9 wSTM32设置实例：
% v) H& N8 n% {6 u（ 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
$ g) j4 d: e+ [/ R3 C- L- WGPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0) ；拉高，然后可以读 IO 的值；使用
GPIO_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 ；

STM32IO口配置方式：
* B. K9 E. G% }1 _  Q8 t: J1 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。
9 `5 W4 z5 g" P  v9 O4 ）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。
) D8 T, v2 U$ m7 f8 O9 N5 ）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.
6 }8 X7 ?5 P; h+ Q" e  O; V. y. Z& ]) w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
7 r5 v$ A3 d8 B. y) `
4.4 IO口复用功能配置
. b( {$ x- u4 u: a& m. D8 x1 K- L8 X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
对于双向复用功能 , 端口必须配置成复用功能输出
% `) o1 v. K3 h" y  L! H+ E5 Lstm32 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 .
  B0 v( M* c4 u' @0 H: o+ Z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 .
9 H! Z, ?+ M: r7 G" u2 e. YOSC_IN 和 OSC_OUT 可以重新映射为 GPIO PD0,PD1.
, e+ g5 F5 v/ [6 c- P注意 PD0,PD1 用于输出地时候仅能用于 50MHz 输出模式 .
; k' }' j/ o" m/ n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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