STM32·HAL库开发（四）GPIO——案例：输入（按键、振动开关等）控制输出（LED、继电器等）

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【GPIO输入模式详解】

输入浮空（GPIO_Mode_IN_FLOATING）

推挽输出（Push Pull Output，PP）

开漏输出（Open Drain Output，OD）

复用功能推挽/开漏输出（ Alternate Function， AF）

【GPIO常用函数】

【STM32CubeMx GPIO配置】

【demo · GPIO点灯】

按键：输入 LED：输出

【GPIO输入模式详解】

输入浮空（GPIO_Mode_IN_FLOATING）

输入引脚即不接高电平，也不接低电平，用于标准的通讯协议，比如IIC、USART的等，如果想用做按键检测等功能，需外部使用上拉或下拉电阻

输入上拉(GPIO_Mode_IPU)

相当于输入浮空用来按键检测外加上拉电阻，只不过这个是内部上拉，省去了外部电路

输入下拉(GPIO_Mode_IPD)

相当于输入浮空用来按键检测外加下拉电阻，只不过这个是内部下拉，省去了外部电路

模拟输入(GPIO_Mode_AIN)

信号进入后不经过上拉电阻或者下拉电阻，关闭施密特触发器，经由另一线路把电压信号传送到片上外设模块。比如传送给ADC模块，由ADC采集电压信号。所以可以理解为模拟输入的信号是未经处理的信号

读管脚上的信息时,设置为输入上拉(GPIO_Mode_IPU)

【GPIO输出模式详解】

STM32的GPIO有8种输入输出模式：

4种输入：上拉输入、下拉输入、浮空输入、模拟输入
4种输出：开漏输出、推挽输出、开漏复用输出、推挽复用输出

推挽输出（Push Pull Output，PP）

推挽输出的结构是由两个三极管或者MOS管受到互补信号的控制，两个管子始终保持一个处于截止，另一个处于导通的状态。
推挽输出的最大特点是可以真正能真正的输出高电平和低电平，在两种电平下都具有驱动能力，可以输出强高低电平

开漏输出（Open Drain Output，OD）

开漏输出无法真正输出高电平，即高电平没有驱动能力，需借助外部上拉电阻完成对外驱动

因为输出电平完全由上拉电阻连接的电源电平决定。所以常用在需要进行电平转换的地方

复用功能推挽/开漏输出（ Alternate Function， AF）

GPIO引脚除了作为通用输入/输出引脚使用外，还可以作为片上外设（ USART、 I2C、 SPI等）专用引脚，即一个引脚可以有多种用途，但同一时刻一个引脚只能使用复用功能中的一个。
当引脚设置为复用功能时，可选择复用推挽输出模式或复用开漏输出模式，在设置为复用开漏输出模式时，需要外接上拉电阻

【GPIO常用函数】

void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);
功能： GPIO初始化
实例：HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
功能：读取引脚的电平状态、函数返回值为0或1
实例：HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_4);

void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState);
功能：引脚写0或1 、 GPIO_PIN_RESET 或 GPIO_PIN_SET
实例：HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_4,0);

void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
翻转引脚的电平状态   
实例：HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_4);    常用在LED上

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin);
功能：  中断回调函数，可以理解为中断函数具体要响应的动作。
实例：HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_PIN_4);

// 结构体 GPIO_InitTypeDef 定义

typedef struct
{
uint32_t Pin;
uint32_t Mode;
uint32_t Pull;
uint32_t Speed;
} GPIO_InitTypeDef;

【STM32CubeMx GPIO配置】

1）GPIO output level：只有当引脚设置为“GPIO_Output”时才需要设置

    High：GPIO输出初始化为高电平
    Low：GPIO输出初始化为低电平

2）GPIO mode

    Output Push Pull：推挽输出，能输出高低电平，且高低电平都有驱动能力,对应标准库函数中的“GPIO_Mode_Out_PP”
    Output Open Drain：开漏输出，只能输出低电平，需要借助外部上拉电阻才能输出高电平，对应标准库函数中的“GPIO_Mode_Out_OD”
    Analog mode：模拟输入，ADC采样信号输入引脚的配置模式，对应标准库函数中的“GPIO_Mode_AIN”
    Alternate Function Push Pull：推挽式复用功能，对应标准库函数中的“GPIO_Mode_AF_PP”
    Input mode：输入模式，配合No pull-up/pull-down可形成GPIO_Mpde_IN_FLOATING、GPIO_Mode_IPD、GPIO_Mode_IPU等不同工作模式

3）GPIO Pull-up/Pul-down

    No pull-up/pull-down：无内部上拉或下拉
    Pull-up：内部上拉，默认高电平
    Pull-down：内部下拉，默认低电平

4）Maximum output speed

    Low：低速，对应标准库函数中的“GPIO_Speed_2MHz”
    Medium：中速，对应标准库函数中的“GPIO_Speed_10MHz”
    High：高速，对应标准库函数中的“GPIO_Speed_50MHz”

5）User Label：用户标签，可以按照需要给引脚命名

【demo · GPIO点灯】

关于.h的引用问题：

● main.h中引入stm32f1xx_hal.h（CubeMx会自动生成）
● main.c中引入用户所有自建的.h文件
● 每个用户自建的.h文件仅需引用main.h
● 用户自建.c文件引用对应自身的.h
● 用户自建.c文件中所有函数都应该在对应.h文件中声明
● 共享变量定义在.c中，并在对应的.h中使用extern声明（extern时不可赋值）
共享的宏定义一般直接定义在.h中
需要引用该共享变量的.c文件需引用该.h文件

● 若在.c中需要用另一个.c的函数，可使用extern声明，或在.c中引用目标.c文件的.h文件

如：在a.c中需要用b.c的函数led()，则a.c中写入：#include<b.h>
或者：在a.c前面声明extern void led(); 后面再调用led()

● 若在.c中需要用另一个.c的变量（定义在.c中而不是.h），可使用extern声明

如：在a.c中需要用b.c的变量int m，则在a.c前面声明extern int m; 后面再使用m

/* main.h */
#ifndef __MAIN_H
#define __MAIN_H

#include "stm32f1xx_hal.h"


#define LED_Pin GPIO_PIN_13
#define LED_GPIO_Port GPIOC
#define KEY_Pin GPIO_PIN_1
#define KEY_GPIO_Port GPIOA

#define KEY_OFF 0
#define KEY_ON  1

#endif /* __MAIN_H */

/* key.h */
#ifndef __KEY_H__
#define __KEY_H__

#include "main.h"
uint8_t key(GPIO_TypeDef* GPIOx,uint16_t GPIO_Pin);

#endif /*__ KEY_H__ */

/* led.h */
#ifndef __LED_H__
#define __LED_H__

#include "main.h"
void led(uint8_t KEY_FLAG);

#endif /*__ LED_H__ */

/* key.c */

#include "key.h"

uint8_t key(GPIO_TypeDef* GPIOx,uint16_t GPIO_Pin)
{
		uint8_t KEY_FLAG = KEY_OFF;
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx,GPIO_Pin)==GPIO_PIN_RESET)  //判断KEY引脚是否为低电平
		{
			HAL_Delay(20); //延时20ms
		}
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx,GPIO_Pin)==GPIO_PIN_RESET)  //再次判断KEY引脚是否为低电平
		{
			KEY_FLAG = KEY_ON;
		}
		while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx,GPIO_Pin)==GPIO_PIN_RESET); //等待按键松开
		return KEY_FLAG;
}

/* led.c */

#include "led.h"

void led(uint8_t KEY_FLAG)
{
	if(KEY_FLAG == KEY_ON)
		{
			HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin);  
		}
}

/* main.c */

#include "main.h"
#include "gpio.h"

#include "key.h"
#include "led.h"

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  while (1)
  {
		if(key(KEY_GPIO_Port,KEY_Pin)==KEY_ON)	led(KEY_ON);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}