STM32单片机入门教程---GPIO输出

GPIO简介

• GPIO（General Purpose Input Output）通用输入输出口
• 可配置8种输入输出模式
• 引脚电平：0~3.3V，部分引脚可容忍5V（容忍5V的意思是可以输入5V电压，但是输出最大只能是3.3V，引脚定义中带FT的可以容忍5V）
• 输出模式下可控制端口输出高低电平，用以驱动LED、控制蜂鸣器、模拟通信协议输出时序等；（若控制功率比较大的电路，加入驱动模块即可）
• 输入模式下可读取端口的高低电平或电压，用于读取按键输入、外接模块电平信号输入、ADC电压采集、模拟通信协议接收数据等；

GPIO基本结构

• 在STM32中，所有GPIO都是挂载在APB2外设总线上的；
• GPIO分为GPIOA、GPIOB…每个GPIO外设都有16个引脚，第0号引脚叫做PA0…以此类推；
• 寄存器（32位）的每一位对应一个引脚；

GPIO位结构

整体结构

• 左边为寄存器，中间为驱动器，右边为对应某一个IO引脚；
• 上边为输入部分，下边为输出部分；

输入部分

• 保护二极管作用是限制IO引脚电压为0~3.3V，进而保护电路；
• 上拉电阻和下拉电阻对应上拉输入模式（默认为高电平输入方式）和下拉输入模式（默认为低电平输入方式），如果两个电阻都不导通，则为浮空输入模式；
• 上拉电阻和下拉电阻的作用是保证在引脚悬空时仍有高低电平，不至于使数据发生干扰；
• TTL施密特触发器：对输入电压进行整形，如果输入电压大于某一阈值，输出瞬间升为高电平；如果输入电压低于某一阈值，输出瞬间变为低电平；如果输入电压在高低两个阈值之间，则输出不改变，原高为高，原低为低；可以避免因为数据波动造成的干扰现象；

输出部分

位设置/清除寄存器

单独操作输出数据寄存器的某一位，而不影响其他位；

MOS管

是一种电子开关，信号控制开关的导通和关闭，开关负责将IO口接到VDD或者VSS，进而选择推挽、开漏、关闭三种输出方式；

• 推挽输出模式（强推输出模式）：P-MOS和N-MOS均有效，数据寄存器为1时，上管导通，下管断开，输出直接接到VDD，输出高电平；数据寄存器为0时，上管断开，下管导通，输出直接接到VSS，输出低电平；【驱动能力较强】

• 开漏输出模式：P-MOS无效，N-MOS工作，数据寄存器为1时，下管断开，即输出断开；数据寄存器为0时，下管导通，输出直接接到VSS，输出低电平；
  【只有低电平有驱动模式，高电平无驱动模式，可以作为通信协议的驱动方式，避免多机通信的相互干扰】
  【还可以用于输出5V的电压】

• 关闭模式：两个MOS管都无效，即输出关闭，端口电平由外部信号来控制；

GPIO模式

通过配置GPIO的端口配置寄存器，端口可以配置成以下8种模式
一个端口只能有一个输出，但可以有多个输入；

LED和蜂鸣器介绍

介绍

• LED：发光二极管，正向通电点亮，反向通电不亮；
• 有源蜂鸣器：内部自带振荡源，将正负极接上直流电压即可持续发声，频率固定；
• 无源蜂鸣器：内部不带振荡源，需要控制器提供振荡脉冲才可发声，调整提供振荡脉冲的频率，即可发出不同频率的声音；

硬件电路

• 三极管：竖线为基极，带箭头的为发射极，剩下的为集电极。对于蜂鸣器上方的电路（PNP），基极给低电平导通，高电平断开；下方的电路（NPN），基极给高电平导通，低电平断开；【PNP的三极管最好接在上面，NPN的三极管最好接在下面】

面包板

中间部分纵向导通，上下两侧横向导通；

LED闪烁&LED流水灯&蜂鸣器

• 接线图在程序源码的文件中查看；
  
• keilkill的作用：复制到工程文件夹后，双击即可删除运行过程中产生的中间文件，节约空间；
  

点亮一个LED

原材料

• 操作STM32的GPIO的三个步骤：
  使用RCC开启GPIO的时钟；
  使用GPIO_Init函数初始化GPIO；
  使用输出或者输入的函数控制GPIO口；

• 查找库函数：在Library中寻找RCC和GPIO的头文件，双击打开，在头文件的最下面一般是所有库函数的声明，右键跳转到定义Definition；

• RCC最常用的三个函数：RCC AHB外设时钟控制，RCC AHB2外设时钟控制，RCC AHB1 外设时钟控制；

• GPIO常用库函数：
  GPIO_Delnit，参数可以写GPIOA、GPIOB等，调用该函数后，所指定的GPIO外设就会被复位；
  AFIODelnit也是一样，可以复位AFIO外设；
  GPIO_Init的作用是用结构体的参数来初始化GPIO口，需要先定义结构体变量，对结构体赋值，再调用该函数；（Init函数在STM32基本所有外设都有）
  GPIO_StructInit可以把结构体变量赋一个默认值；
  下面是个就是GPIO的4个读取函数以及4个写入函数；

• GPIO8种工作模式缩写：
  AIN（Analog IN）是模拟输入；
  IN_FLOATING是浮空输入；
  IPD(In Pull Down)是下拉输入；
  IPU（In Pull Up）是上拉输入；
  Out OD（Out Open Drain）是开漏输出；
  Out_PP（Out Push Pull）是推挽输出；
  AF_OD（Atl Open Drain）是复用开漏；
  AF_PP（Alt Push Pull）是复用推挽；

• GPIO的四个输出函数：
  GPIO_SetBits：可以把指定的端口设置为高电平；
  GPIO_ResetBits：可以把指定的端口设置为低电平；
  GPIO_WriteBit：根据第三个参数Bitval的值来设置指定端口；
  GPIO_Write：可以同时对16个端口进行写入操作；

• 延时函数Delay：微秒延时、毫秒延时、秒延时
  

  代码

• 点亮一个LED
  

• LED闪烁
  

• LED流水灯
  如果需要同时配置多个端口，可以使用按位或 | 的方式，或者定义中有同时全设置全部的也可以根据定义来使用；（一般来讲可以同时设置多个端口的函数名称都有加s）
  

• 蜂鸣器
  A15、B3、B4端口为调试端口，使用需要另外配置；
  
  

总结

使用库函数的几种方法：

• 打开头文件，拉到最后看一下有哪些函数，右键转到定义，查看函数和参数的用法；
• 资料文件里面的库函数用户手册（版本有出入）；
• 百度查看别人的代码和解释；