STM32学习笔记一（基于标准库学习）

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#stm32 #学习 #笔记

于 2024-04-26 16:37:07 首次发布

本文详细介绍了STM32中GPIO口的寄存器操作，包括CRL、CRH、IDR、ODR、BRR、BSRR和LCKR，以及各种输出输入模式如上拉输入、下拉输入、浮空输入、模拟输入和不同类型的输出模式，提供端口初始化示例。

一、GPIO配置

一个GPIO口的需要操作7个寄存器，分别是CRL，CRH，IDR，ODR，BRR，BSRR，LCKR 我们对GPIO的操作本质上就是在对这些寄存器进行读写操作

GPIO管脚关系：芯片的 PA、PB、PC、PD 等均属于 GPIO 端口。

GPIO 占用了 STM32 芯片大部分的端口引脚。并且每一个端口都有 16 个引脚，比如 PA 端口，它有 PA0-PA15。其他的 PB、PC 等端口是一样的。

如下为GPIO端口配置函数信息：

    GPIOx_CRL(x = A..E)端口配置低寄存器 32位寄存器
    GPIOx_CRH(x = A..E)端口配置高寄存器 32位寄存器
    GPIOx_IDR(x = A..E)端口输入数据寄存器 32位寄存器但仅用低16位
    GPIOx_ODR(x = A..E)端口输出数据寄存器 32位寄存器但仅用低16位
    GPIOx_BRR(x = A..E)端口位清除寄存器 16位寄存器
    GPIOx_BSRR(x = A..E)端口位设置/清除寄存器 16位寄存器
    GPIOx_LCKR(x = A..E)端口配置锁定寄存器 32位寄存器

二、GPIO输出输入模式

① 保护二极管 ② 内部上拉、下拉电阻 ③ 施密特触发器 P-MOS & N-MOS管

分别是：上拉输入、下拉输入、浮空输入、模拟输入、开漏输出、推挽输出、开漏复用输出、推挽复用输出 等模式，以下是对应的函数：

上拉输入： GPIO_Mode_IPU
下拉输入： GPIO_Mode_IPD
浮空输入： GPIO_Mode_IN_FLOATING
模拟输入： GPIO_Mode_AIN
开漏输出： GPIO_Mode_Out_OD
推挽输出： GPIO_Mode_Out_PP
开漏复用： GPIO_Mode_AF_OD
推完复用： GPIO_Mode_AF_PP

1.上拉输入（GPIO_Mode_IPU）：

特点：空闲时，IO呈现高电平
原件开关情况：上拉电阻接通，下拉电阻断开，施密特触发器打开，输出模块被禁止
应用：需要**“弱上拉”**的情况，可节省一个外部电阻
I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平保持在高电平。

2.输入下拉模式（GPIO_Mode_IPD）：

特点：空闲时，IO呈现低电平
原件开关情况：上拉电阻断开，下拉电阻导通，施密特触发器打开，输出模块被禁止
应用：可节省一个外部电阻
I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平保持在低电平。

3.输入浮空模式（GPIO_Mode_IN_FLOATING）

特点：IO口电平完全由外部电路决定
原件开关情况：上下拉电阻断开，施密特触发器打开，输出模块被禁止
应用：常用于按键检测
浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，I/O的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的，通常用于IIC、USART等总线设备上

4.模拟输入模式（GPIO_Mode_AIN）

特点：（1）走的路比较独特。数据输入不经过数据输入寄存器，而是直接走模拟输入通道（2）该模式下需要用到芯片内部的模拟电路单元
原件开关情况：上拉电阻断开，下拉电阻断开，施密特触发器关闭，输出模块被禁止
应用：用于模拟信号输入或输出场景，如：ADC和DAC

5.开漏输出模式（GPIO_Mode_Out_OD）

特点：该模式下，引脚只能输出低电平仅有低电平时有驱动能力，
高电平时为高阻态，要输出高电平需要通过外部上拉电阻或其他方式。
应用：通常用于与外部器件连接，常用于 IIC 通讯或其它需要进行电平转换的场景。
首先要明确三点：

（1）在开漏输出模式下，P-MOS管永远处于截止状态(即不导通)，因此 IO 的状态取决于 N-MOS 的导通状况

（2）输出数据寄存器的输出数据都会进行一次“输出控制”的取反操作

（3）施密特触发器仍然工作，但上下拉电阻不工作，所以输入部分可以看成浮空输入，可以读取到IO口的工作状态

// 初始化开漏输出模式的GPIO
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_Mode_Out_OD;     // 开漏输出模式
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_Speed_50Mhz;   // GPIO速度设置为50HZ
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

6.推免输出模式(GPIO_Mode_Out_PP)常用

GPIO_Mode_Out (表示输出模式)

GPIO_Mode_Out_PP (表示推免输出模式)

GPIO_Mode_Out_OD (表示开漏输出模式)

特点：该模式下，引脚可以输出高电平或低电平，同时具有一定的驱动能力。
引脚在输出低电平时形成低阻抗，输出高电平时形成高阻抗，可以驱动外部电路。

// 初始化推挽输出模式的GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_Pin_13;               // GPIO引脚号
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     // 推挽输出模式
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_Speed_50Mhz;   // GPIO速度设置为50HZ
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);         // 初始化GPIOC

7. 复用推挽输出(GPIO_Mode_AF_PP)：

特点：允许将GPIO引脚用作特定外设功能。
该模式下，引脚可以输出高电平或低电平，并具有一定的驱动能力

// 初始化复用推挽输出模式的GPIO
//GPIO_InitStruct.Pull()函数来初始化GPIO引脚，并设置其上拉（GPIO_NOPULL）、下拉（GPIO_PULLDOWN）或无拉电阻（GPIO_NOPULL）状态
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;          // 复用推挽输出模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;              // 不设置上拉或下拉
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_Speed_50Mhz;   // GPIO速度设置为50HZ
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

8.复用开漏输出(GPIO_Mode_AF_OD):

允许将GPIO引脚用作特定外设功能。
该模式下，引脚只能输出低电平，要输出高电平需要通过外部上拉电阻或其他方式。

// 初始化模拟输入模式的GPIO
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;         // 模拟输入模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;              // 不设置上拉或下拉
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

端口初始化示例

#include "stm32xxx.h"


/**

GPIOX.XX端口配置函数

**/
void GPIO_Init(void)

{

 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;   //建立端口结构体，用于配置端口

 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_xx;   //xx为引脚模式，如GPIO_Mode_IN、GPIO_Mode_OUT等
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_xxx; //xxx为速度选择，如GPIO_Speed_2MHz、10MHz、50MHz


 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_xx;   //xx为GPIO端口的管脚引脚：可选0-15
 //端口可以一次初始化多个 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2  等等

 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_x; // x为上下拉配置，如GPIO_PuPd_NOPULL（无上下拉）、GPIO_PuPd_UP（上拉）等

//当已经设定GPIO_Mode_XX_xx的模式后则不需要该函数设计否则需要
//xx可填如GPIO_OType_PP（推挽输出）、GPIO_OType_OD（开漏输出）等
 GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_x;


 GPIO_Init(GPIOX,&GPIO_InitStructure);  // x为对应的GPIO端口，如GPIOA、GPIOB等指针类型用&取地址
}


int main(void)
{
              // 初始化MCU和其他外设

GPIO_Init(); //初始化端口

             // 其他代码逻辑

    while (1)
    {
        // 主循环代码
    }

}