stm32-1 GPIO

1 简介

  GPIO指的是通用输入输出接口（General Purpose Input/Output Port, GPIO）. 根据数据手册中列出的每个I/O端口的特定硬件特征， GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式:

1. 浮空输入：肖特基触发器前的两个开关均悬空，这种情况下默认输入电平不确定，端口状态极易受外部干扰而改变。
2. 上拉输入：肖特基触发器前的上开关闭合，这种情况下默认输入电平为高电平。
3. 下拉输入：肖特基触发器前的下开关闭合，这种情况下默认输入电平为高电平。
4. 模拟输入：肖特基触发器“禁用”
5. 开漏输出：输出端P-MOS管“禁用”，只有N-MOS管起作用. 当输出寄存器为1时N-MOS关闭，输出端处于高阻模式，无驱动能力；当输出寄存器为0时N-MOS开启，I/O口接到 $V_{SS}$ ,输出低电平。一般作为通信协议的驱动方式，可避免多机通信的情况下设备之间的相互影响。此外，开漏模式可以在I/O外接5V电源，当输出寄存器为0时由外部电源将电压拉高至5V以提供5V的电平信号。

6. 推挽输出：P-MOS和N-MOS均起作用，当输出寄存器为1时N-MOS关闭、P-MOS开启，输出高电平；当输出寄存器为0时N-MOS开启、P-MOS关闭，I/O口接到 $V_{SS}$ ,输出低电平。

   PMOS管：P沟道MOS管，开关保持断开，当提供栅极电压后才会闭合。
   NMOS管：N沟道MOS管，开关保持闭合，当提供山脊电压后才会断开。

7. 复用开漏输出：类似开漏输出，但由片上外设所控制。

8. 复用推挽输出：类似推挽输出，但由片上外设所控制。

2 相关寄存器

1. 端口配置寄存器（GPIOx_CRL、GPIOx_CRH): 每四位为1组，四位中前两位用于配置I/O口的输人/输出模式、后两位用于配置输出速度(状态翻转频率)。
2. 端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR): 高16位保留，低16位为对应I/O口的状态.
3. 端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR): 高16位保留，低16位为用户设定的I/O状态.
4. 端口设置/清除寄存器(GPIOx_BSRR): 高16位为端口清除位，为1则清除对应的I/O状态为0，为1则不影响；低16位为设置位，为0不影响，为1则将对应I/O置1.
5. 端口清除寄存器(GPIOx_BRR)：功能同GPIOx_BSRR的高16位.

3 初始化

1. 首先需要使能时钟，而GPIO属于搭在APB2总线上的外设，因而使能APB2外设时钟即可(RCC_APB2ENR寄存器).
2. 设置GPIO口模式，包括设置IO口的输出/输入模式、输出速度以及选择使用的端口PIN， 即配置GPIO_CRL/CRH寄存器。
3. 配置I/O口状态，即配置GIIO_BSRR/GPIO_BRR(置1只能通过配置BSRR实现，清0则均可)

4 库函数实现GPIO输出

1. 使能时钟

• 函数原型：void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState)
• 输入：RCC_APB2Periph门控APB2外设时钟，也就是指定对应的外设来选定其对应的时钟，GPIOx口对应为RCC_APB2Periph_GPIOA; NewState: 指定使能(ENABLE)还是禁用(DISABLE)该外设的时钟。

1. 设置IO口模式

• 函数原型：void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)

• 输入：GPIOx用于指定使用的GPIO口(注意不是PIN); GPIO_InitStruct为指向GPIO_InitTypeDef类型结构体的指针，其成员为GPIO口的状态（输入/输出模式、输出速度、PIN脚）. 结构体定义为：

  typedef struct
  {
  uint16_t GPIO_Pin;              // IO口PIN脚       
  
  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;   // 输出速度
  
  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;     // 输入/输出模式
  }GPIO_InitTypeDef;

1. 配置IO口状态

• 函数1
  • 函数原型：void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, u16 GPIO_Pin)
  • 输入： GPIOx选择IO口，GPIO_Pin选择PIN脚. 可以用或操作同时选中多个PIN
  • 功能：将IO口的PIN脚状态置为高电平
• 函数2
  • 函数原型：void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, u16 GPIO_Pin)
  • 输入： GPIOx选择IO口，GPIO_Pin选择PIN脚.
  • 功能：清空IO口的PIN脚状态为0，即低电平

• 函数3

  • 函数原型：void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal)

  • 输入： GPIOx选择IO口，GPIO_Pin选择PIN脚，BitVal指定待写入的值(为枚举BitAction类型，定义如下.)

    typedef enum
    { Bit_RESET = 0,
    Bit_SET
    }BitAction;

  • 功能：将BitVal写入IO口的PIN脚

• 函数4

  • 函数原型：void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal)
  • 输入： GPIOx选择IO口，PortVal为写入的数值，前边的均为一位一位操作，而这个函数是16位同时进行.
  • 功能：将PortVal写入IO口

1. 代码实现

  选择GPIOA口的2、4PIN，输出模式设为推挽输出模式、输出速度为50MHz，将其状态置1后翻转。

int main(void){
    // 使能时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(GPIOA, ENABLE);

    // 定义初始化结构体
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructrue;
    GPIO_InitStructrue.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStructrue.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructrue.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;    // 配置为推挽输出
    // 传入初始化结构体并进行IO口初始化
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructrue);

    // 置位
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_InitStructrue.GPIO_Pin);
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_InitStructrue.GPIO_Pin, Bit_SET);
    GPIO_Write(GPIOA, 0X10);

    //清空
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_InitStructrue.GPIO_Pin);
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_InitStructrue.GPIO_Pin, (Bit_Action)0);
    GPIO_Write(GPIOA, 0X00);
    while(1){

    }
}

5 库函数实现GPIO输入

1. 使能时钟

2. 设置IO口模式

3. 读取IO口状态

• 函数1
  • 函数原型：uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
  • 输入：GPIOx选择IO口，GPIO_Pin选择IO口PIN脚
  • 功能：读取输入数据寄存器的某一位的值，即IO口对应PIN脚的状态
• 函数2
  • 函数原型：uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx)
  • 输入：GPIOx选择IO口
  • 功能：读取输入数据寄存器的值，即读取IO口的状态
• 函数3
  • 函数原型：uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
  • 输入：GPIOx选择IO口，GPIO_Pin选择IO口PIN脚
  • 功能：读取输出数据寄存器的某一位的值，即IO口对应PIN脚的状态，查看用户输出的量
• 函数4
  • 函数原型：uint8_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx)
  • 输入：GPIOx选择IO口
  • 功能：读取输出数据寄存器的值，即读取IO口的状态，查看用户输出的量

1. 代码实现

  选择GPIOA口的0、11PIN接上按键，输入/输出模式设为上拉模式、输出速度为50MHz，通过按键按下实现控制GPIOB口的0PIN的LED点亮和熄灭。

void init(void){
    // 使能时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(GPIOA | GPIOB, ENABLE);

    // 定义初始化结构体
    GPIO_InitTypeDef LED_InitStructrue, KEY_InitStructrue;

    GPIO_InitStructrue.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructrue.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructrue.GPIO_Mode = GPIO_Mode_PP;    // 配置为推挽输出
    // 传入初始化结构体并进行IO口初始化
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructrue);

    KEY_InitStructrue.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_11;
    KEY_InitStructrue.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    KEY_InitStructrue.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;    // 配置为上拉输入
    GPIO_Init(GPIOA, &KEY_InitStructrue);
}

uint8_t get_KeyNum(void){
    uint8_t KeyNum = 0;
    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0){
        Delay_ms(20);
        while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0);
        Delay_ms(20);
        KeyNum = 1;
    }
    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_11) == 0){
        Delay_ms(20);
        while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_11) == 0);
        Delay_ms(20);
        KeyNum = 2;
    }
    return KeyNum;
}

void LED1_ON(void){
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
}

void LED1_OFF(void){
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
}

void LED1_Turn(void){
    if(GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0){
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
        return;
    }
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
}

uint8_t KeyNum;
int main(void){
    init();
    while(1){
        KeyNum = get_KeyNum();
        if(KeyNum == 1){
            LED1_ON();
        }
        if(KeyNum == 2){
            LED1_OFF();
        }
    }
}