再学GPIO（二）

GPIO寄存器

       每个GPI/O端口有两个32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)，两个32位数据寄存器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)，一个32位置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR)，一个16位复位寄存器(GPIOx_BRR)和一个32位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)。

GPIOx_CRL，GPIOx_CRH

寄存器作用

   GPIOx_CRL（Port Configuration Register Low）用于配置 GPIO 端口低位引脚（Pin 0 ~ Pin 7） 的工作模式与输出特性，GPIOx_CRH（Port Configuration Register High）用于配置 GPIO 端口高位引脚（Pin 8 ~ Pin 15） 的工作模式与输出特性，每个引脚占用 4 个二进制位（共 32 位，控制 8 个引脚）。高位引脚（Pin 8 ~ Pin 15）的配置由 GPIOx_CRH 寄存器完成。

偏移地址：0x04 复位值：0x4444 4444

寄存器结构

       每个引脚由 CNFy[1:0]和 MODEy[1:0]字段控制，其中 y 表示引脚号（0~7）。
例如，Pin 0 对应 CNF0[1:0] 和 MODE0[1:0]，Pin 1 对应 CNF1[1:0] 和 MODE1[1:0]，依此类推。

配置模式详解

例1

浮空输入（Floating Input）设置PA0为浮空输入，寄存器操作如下

// 配置 PA0 为浮空输入（模式：输入，配置：浮空）
GPIOA->CRL &= ~(0x0F << 0*4);  // 清除PA0原有配置
GPIOA->CRL |=  (0x04 << 0*4);  // CNF[1:0]=01（浮空输入）, MODE[1:0]=00（输入模式）

• CNF[1:0] = 01（浮空输入）

• MODE[1:0] = 00（输入模式）

例2

 上拉输入（Pull-Up Input）设置PA1为上拉输入，寄存器操作如下

// 配置 PA1 为上拉输入
GPIOA->CRL &= ~(0x0F << 1*4);  // 清除PA1原有配置
GPIOA->CRL |=  (0x08 << 1*4);  // CNF[1:0]=10（上拉/下拉输入）, MODE=00
GPIOA->ODR |= (1 << 1);        // 使能上拉（ODR对应位写1）

• CNF[1:0] = 10（上拉/下拉输入）

• MODE[1:0] = 00（输入模式）

• 注意：需通过ODR寄存器设置上拉（1）或下拉（0）。

例3

推挽输出（Push-Pull Output）设置PA2为推挽输出，最大速度10MHz

// 配置 PA2 为推挽输出，最大速度10MHz
GPIOA->CRL &= ~(0x0F << 2*4);  // 清除PA2原有配置
GPIOA->CRL |=  (0x01 << 2*4);  // CNF[1:0]=00（推挽输出）, MODE=01（10MHz）

• CNF[1:0] = 00（推挽输出）

• MODE[1:0] = 01（最大速度10MHz，可选10（2MHz）、11（50MHz））

例4

开漏输出（Open-Drain Output）设置PA3为开漏输出，最大速度50MHz

// 配置 PA3 为开漏输出，最大速度50MHz
GPIOA->CRL &= ~(0x0F << 3*4);  // 清除PA3原有配置
GPIOA->CRL |=  (0x0C << 3*4);  // CNF[1:0]=01（开漏输出）, MODE=11（50MHz）

• CNF[1:0] = 01（开漏输出）

• MODE[1:0] = 11（50MHz）

GPIOx_IDR

寄存器作用

GPIOx_IDR（Input Data Register）用于读取 GPIO 端口引脚的电平状态（高电平 1 或低电平 0）。每个引脚对应寄存器中的一个二进制位，共 16 位（对应 Pin 0 ~ Pin 15），但实际有效位数取决于具体型号的 GPIO 端口引脚数量。

• 只读寄存器：无法通过写入修改其值，仅反映引脚的实时电平。

• 电平有效性：

输入模式下（如浮空、上拉/下拉、模拟输入），值由外部电路或内部上/下拉电阻决定。

输出模式下，值反映当前输出寄存器的状态（ODR 的值），而非外部实际电平。

• 原子操作：直接读取整个寄存器（GPIOx->IDR）可一次性获取所有引脚的电平状态。

寄存器结构

• 位域：IDRy（Input Data for Pin y），y 表示引脚号（0~15）。

位值为 0：引脚当前电平为低（GND）。

位值为 1：引脚当前电平为高（VDD）。

配置模式详解

例

读取 PA3 引脚的电平状态。PA3 必须配置为 输入模式

// 读取 PA3 的电平（假设已配置为输入模式）
uint8_t pinState = (GPIOA->IDR & GPIO_IDR_ID3) >> 3;  // 提取 PA3 的值

// 或直接判断特定位
if (GPIOA->IDR & GPIO_IDR_ID3) {
    // PA3 为高电平
} else {
    // PA3 为低电平
}

// 读取整个端口的电平状态（16位）
uint16_t portState = GPIOA->IDR;

GPIOx_ODR

寄存器作用

GPIOx_ODR（Output Data Register）用于 控制 GPIO 端口引脚的输出电平状态（高电平 1 或低电平 0）。每个引脚对应寄存器中的一个二进制位（共 16 位，控制 Pin 0 ~ Pin 15），直接控制引脚的输出电平，适用于 推挽输出 或 开漏输出模式。

• 读写寄存器：可写入值控制输出电平，也可读取当前设置的电平状态。

• 输出模式依赖：

仅在 输出模式（通用或复用）下有效，输入模式下写入无意义。

在输入模式下读取 ODR 返回的是最后一次写入的值，而非实际引脚电平。

• 原子操作：

直接写入整个寄存器（GPIOx->ODR = value）可一次性设置多个引脚电平。

通过位操作（置位/清零）可单独控制某个引脚。

寄存器结构

• 位域：ODRy（Output Data for Pin y），y 表示引脚号（0~15）。

位值为 0：引脚输出低电平（GND）。

位值为 1：

        推挽模式：输出高电平（VDD）。

        开漏模式：引脚进入高阻态（需外接上拉电阻才能输出高电平）。

配置模式详解

例

控制PB5引脚输出高电平，并保持PB7引脚为低电平，PB5 和 PB7 必须配置为 输出模式

// 方法1：直接操作寄存器（不影响其他位）
GPIOB->ODR |= (1 << 5);      // PB5 置高
GPIOB->ODR &= ~(1 << 7);     // PB7 置低

// 方法2：使用库函数（如 HAL 库）
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);    // PB5 高电平
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET);  // PB7 低电平

// 方法3：批量设置多个引脚电平
GPIOB->ODR = (GPIOB->ODR & 0xFF5F) | (1 << 5);  // 仅修改 PB5 和 PB7

• 输出模式配置：

必须通过 GPIOx_CRL 或 GPIOx_CRH 将引脚设置为 输出模式（通用或复用），否则 ODR 写入无效。

复用功能模式（如 SPI、I2C）下，ODR 通常由外设自动控制，手动写入可能冲突。

• 开漏模式限制：

若配置为 开漏输出，需外接上拉电阻才能输出高电平；否则引脚仅能拉低或保持高阻态。

GPIOx_BSRR

寄存器作用

GPIOx_BSRR（Bit Set/Reset Register）是 STM32 中用于 原子操作 GPIO 输出电平的核心寄存器，可直接设置或清除引脚的输出状态，无需读-改-写操作，避免多线程或中断环境下的数据竞争问题

• 高 16 位（BRy）：用于清除引脚电平（置低）。

• 低 16 位（BSy）：用于设置引脚电平（置高）。

• 单次写入：可同时设置多个引脚的置高/置低操作。

寄存器结构

• 位域：

  • BSy（Bit Set for Pin y，低 16 位）：

    • 写入 1：对应引脚输出高电平（ODRy = 1）。

    • 写入 0：无影响。

  • BRy（Bit Reset for Pin y，高 16 位）：

    • 写入 1：对应引脚输出低电平（ODRy = 0）。

    • 写入 0：无影响。

配置模式详解

例1

将 PA5 置高，PA3 置低

/ 方法：直接操作 BSRR 寄存器
GPIOA->BSRR = (1 << 5) | (1 << (16 + 3));  
// 解释：
// - (1 << 5)        → 设置 PA5 为高（BS5 = 1）
// - (1 << (16 + 3)) → 清除 PA3 为低（BR3 = 1）

例2

快速翻转 PB0 电平（高 → 低 → 高交替）

/ 方法：交替设置 BSRR 的 BR0 和 BS0
GPIOB->BSRR = (1 << 0);          // PB0 置高
delay_ms(100);
GPIOB->BSRR = (1 << (16 + 0));   // PB0 置低
delay_ms(100);

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