2020年09月03日 | 嵌入式系统学习——STM32之GPIO

----第一篇：GPIO库

文档说明和约定：

该文档主要是对STM32F4各个模块的库进行翻译和说明。文档中加入了作者的一些理解，建议和小贴士。并且在文档最后，加入了一些使用该库模块的案例。希望大家通过对该文档的阅读，可以更好的使用STM32的库函数进行学习和项目开发。之所以选用1.4.0版本进行翻译和说明，因为该版本群众基础较好，有大量的使用者和相关资料。后续也会推出新版本库和CubeMX库的翻译和说明，希望大家喜欢和支持。如果大家觉得文档有什么问题，麻烦请提出，如果确认问题存在，作者会及时修改。

相关术语说明：

gpio：通用输入输出接口

gpio管脚：一个io管脚，这个管脚可以有多个配置。在库函数中用GPIO_Pin_1这样的宏定义表示

gpio端口（gpio分组）：一组gpio管脚的信息。在库函数中用宏定义GPIOA GPIOB等表示

1 gpio库说明

库文件名：stm32f4xx_gpio.c

文档提示翻译：

如何使用这个驱动

（1） 使用RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOx, ENABLE)函数使能GPIO的AHB总线时钟。

（2）使用GPIO_Init()函数对每个引脚进行四种可能的配置

《1》输入状态：Floating（浮空）, Pull-up（上拉）, Pull-down（下拉）

《2》输出状态：Push-Pull （上拉下拉）(Pull-up（上拉）, Pull-down（下拉） or no Pull（不上拉也不下拉）)，Open Drain（开漏） (Pull-up（上拉）, Pull-down（下拉） or no Pull（不上拉也不下拉）)，在输出模式，速度配置成2MHZ,25MHZ,50MHZ和100MHZ.

《3》第二功能：上拉下拉和开漏

《4》模拟：当一个管脚被用作ADC通道或者DAC输出的时候，需要配置成此模式

（3）外设的第二功能：

《1》在ADC和DAC模式，使用GPIO_InitStruct->GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN把需要的管脚配置成模拟模式

《2》对于其它的管脚（定时器，串口等）：

l  使用GPIO_PinAFConfig()函数把管脚和需要的第二功能进行连接

l  使用GPIO_InitStruct->GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF把需要的管脚配置成第二功能模式

l  通过成员变量GPIO_PuPd, GPIO_OType and GPIO_Speed选择类型，上拉下拉和输出速度

l  调用函数GPIO_Init()

（4）在输入模式，使用函数GPIO_ReadInputDataBit()得到配置好管脚的电平

（5）在输出模式，使用函数GPIO_SetBits()/GPIO_ResetBits()设置配置好IO的高低电平

（6）在复位过程和刚刚复位后，第二功能是无效的，GPIO被配置成了输入浮空模式（JTAG管脚除外）

（7）当LSE振荡器关闭的时候，LSE振荡器管脚OSC32_IN和OSC32_OUT可以作为通过IO来使用（分别用PC14和PC15表示）。LSE的优先级高于GPIO函数

（8）当HSE振荡器关闭的时候，HSE振荡器管脚OSC_IN和OSC_OUT可以作为通用IO（PH0，PH1）来使用。HSE的优先级高于GPIO函数。

2 具体函数说明

初始化和配置相关函数

1．void GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef* GPIOx)

函数解释：gpio的反初始化函数，该函数的作用是把GPIO相关的寄存器配置成上电复位后的默认状态，在第一次初始化前或者不再使用某一个接口后可以调用该函数。

函数参数说明：GPIOx：gpio的分组，如GPIOA  GPIOB  GPIOC等的宏定义（这些宏定义在头文件stm32f4xx.h中，由厂家写好，我们直接使用即可）

2．void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef*GPIO_InitStruct)

函数解释：gpio的初始化函数，该函数的作用是对io进行初始化。

函数参数说明：（1）GPIOx：gpio的分组，如GPIOA  GPIOB GPIOC等的宏定义。

（2）GPIO_InitStruct：gpio的初始化相关结构体。该结构体里面的成员变量决定了我们具体的初始化参数。以下进行说明：

l  GPIO_Pin：指定具体的IO脚，如GPIO_Pin_0   GPIO_Pin_1这样的宏定义，这些宏由厂家写好，我们直接使用即可。

l  GPIO_Mode：指定gpio的模式，有以下四种模式：

GPIO_Mode_IN（输入），GPIO_Mode_OUT（输出），GPIO_Mode_AF（第二功能），GPIO_Mode_AN（模拟），可以直接使用这四种宏定义。

l  GPIO_Speed：指定IO的最快翻转速度，也就是当使用IO产生频率（如PWM）的最快速度。有以下四种速度的配置：

GPIO_Low_Speed （低速），GPIO_Medium_Speed（中等速度），GPIO_Fast_Speed（快速），GPIO_High_Speed（高速），可以直接使用这四种宏定义。

l  GPIO_OType：指定选择管脚的输出类型，有以下两种配置：

GPIO_OType_PP （推挽方式输出）,GPIO_OType_OD（开漏方式输出），可以直接使用这两种宏定义。

Tips:

推挽输出：推挽输出就是单片机引脚可以直接输出高电平电压。低电平时接地，高电平时输出单片机电源电压。这种方式可以不接上拉电阻。但如果输出端可能会接地的话，这个时候输出高电平可能引发单片机运行不稳定，甚至可能烧坏引脚。推挽方式的驱动力更大。

开漏输出：开漏输出就是不输出电压，低电平时接地，高电平时不接地。如果外接上拉电阻，则在输出高电平时电压会拉到上拉电阻的电源电压。这种方式适合在连接的外设电压比单片机电压低的时候。

l  GPIO_PuPd。指定选择管脚的上拉和下拉模式。有如下三种配置：

GPIO_PuPd_NOPULL（不上拉也不下拉），GPIO_PuPd_UP（上拉），GPIO_PuPd_DOWN（下拉）。Tips：这些都是IO的内部上拉或者下拉模式，也可以接上拉和下拉电阻通过硬件进行外部上拉和外部下拉。

3．void GPIO_StructInit(GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)

函数解释：gpio结构体的初始化。对GPIO_InitStruct结构体进行默认配置

函数参数说明：GPIO_InitStruct，直接传入该结构体的指针，在该函数内会对结构体进行初始化。

4．void GPIO_PinLockConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

函数解释：锁定gpio的寄存器，锁定的寄存器是GPIOx_MODER,GPIOx_OTYPER, GPIOx_OSPEEDR,GPIOx_PUPDR, GPIOx_AFRL and GPIOx_AFRH。在下一次复位前，被锁定的管脚不能被修改。

函数参数说明：GPIOx：gpio的分组（如GPIOA,GPIOB等）。GPIO_Pin：具体的gpio管脚（如GPIO_Pin_0   GPIO_Pin_1这样的宏定义）

GPIO的读写函数

1．uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_tGPIO_Pin)

函数解释：读取io输入管脚的值

函数参数说明：GPIOx：gpio的分组/gpio端口；GPIO_Pin：具体的gpio管脚

函数返回值说明：输入管脚的值Bit_SET（高电平） Bit_RESET（低电平）

2．uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx)

函数解释：读取输入io数据，该函数用于读取一个IO分组的所有数据

函数参数说明：GPIOx：gpio的分组/gpio端口

函数返回值说明：一个io端口的所有数据 （输入状态）

3．uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_tGPIO_Pin)

函数解释：读取io输出管脚的值

函数参数说明：GPIOx：gpio的分组/gpio端口；GPIO_Pin：具体的gpio管脚

函数返回值说明：输出管脚的值Bit_SET（高电平） Bit_RESET（低电平）

4．uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx)

函数解释：读取输出io分组/端口的值

函数参数说明：GPIOx：gpio的分组/gpio端口

函数返回值说明：一个io端口的所有数据 （输出状态）

5．void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

函数解释：对io管脚进行置位（输出高电平）。这个函数使用GPIOx_BSRR寄存器来实现原子读或者修改操作。在这种情况下，在读和修改访问时发生一个IRQ中断是没有危险的。

函数参数说明：GPIOx：gpio的分组/gpio端口；GPIO_Pin：具体的gpio管脚或者是io管脚的组合

6．void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

函数解释：对io管脚进行复位（输出低电平）。这个函数使用GPIOx_BSRR寄存器来实现原子读或者修改操作。在这种情况下，在读和修改访问时发生一个IRQ中断是没有危险的。

函数参数说明：GPIOx：gpio的分组/gpio端口；GPIO_Pin：具体的gpio管脚或者是io管脚的组合

7．void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitActionBitVal)

函数解释：对某一位进行写入操作

函数参数说明：GPIOx：gpio的分组/gpio端口；GPIO_Pin：具体的gpio管脚；BitVal：写入高电平或者低电平（Bit_RESET：写入低电平 Bit_SET：写入高电平）

8．void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal)

函数解释：对gpio端口进行写入操作，适用于对统一端口的多个管脚的写入

函数参数说明：GPIOx：gpio的分组/gpio端口； BitVal：写入高电平或者低电平（Bit_RESET：写入低电平Bit_SET：写入高电平）

9．void GPIO_ToggleBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

函数解释：翻转指定的gpio口，也就是说，如果当前的io是低电平，则变成高电平，如果当前io是高电平，则变成低电平

函数参数说明：GPIOx：gpio的分组/gpio端口；GPIO_Pin：具体的gpio管脚。

Gpio复用功能配置函数

1．void GPIO_PinAFConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_PinSource,uint8_t GPIO_AF)

函数解释：改变指定管脚的映射关系。即配置指定管脚的复用功能。

函数参数说明：GPIOx：gpio的分组/gpio端口；GPIO_PinSource：具体要配置成复用功能的管脚（如GPIO_Pin_0   GPIO_Pin_1这样的宏定义）；GPIO_AF：选择该管脚要使用的复用功能。有如下配置：（注意：复用功能的配置要和实际管脚支持的复用功能匹配）

GPIO_AF_RTC_50Hz: Connect RTC_50Hz pin toAF0 (default after reset)

GPIO_AF_MCO: Connect MCO pin (MCO1 and MCO2)to AF0 (default after reset)

GPIO_AF_TAMPER: Connect TAMPER pins(TAMPER_1 and TAMPER_2) to AF0 (default after reset)

GPIO_AF_SWJ: Connect SWJ pins (SWD andJTAG)to AF0 (default after reset)

GPIO_AF_TRACE: Connect TRACE pins to AF0(default after reset)

GPIO_AF_TIM1: Connect TIM1 pins to AF1

GPIO_AF_TIM2: Connect TIM2 pins to AF1

GPIO_AF_TIM3: Connect TIM3 pins to AF2

GPIO_AF_TIM4: Connect TIM4 pins to AF2

GPIO_AF_TIM5: Connect TIM5 pins to AF2

GPIO_AF_TIM8: Connect TIM8 pins to AF3

GPIO_AF_TIM9: Connect TIM9 pins to AF3

GPIO_AF_TIM10: Connect TIM10 pins to AF3

GPIO_AF_TIM11: Connect TIM11 pins to AF3

GPIO_AF_I2C1: Connect I2C1 pins to AF4

GPIO_AF_I2C2: Connect I2C2 pins to AF4

GPIO_AF_I2C3: Connect I2C3 pins to AF4

GPIO_AF_SPI1: Connect SPI1 pins to AF5

GPIO_AF_SPI2: Connect SPI2/I2S2 pins to AF5

GPIO_AF_SPI4: Connect SPI4 pins to AF5

GPIO_AF_SPI5: Connect SPI5 pins to AF5

GPIO_AF_SPI6: Connect SPI6 pins to AF5

GPIO_AF_SAI1: Connect SAI1 pins to AF6 forSTM32F42xxx/43xxx devices.      

GPIO_AF_SPI3: Connect SPI3/I2S3 pins to AF6

GPIO_AF_I2S3ext: Connect I2S3ext pins toAF7

GPIO_AF_USART1: Connect USART1 pins to AF7

GPIO_AF_USART2: Connect USART2 pins to AF7

GPIO_AF_USART3: Connect USART3 pins to AF7

GPIO_AF_UART4: Connect UART4 pins to AF8

GPIO_AF_UART5: Connect UART5 pins to AF8

GPIO_AF_USART6: Connect USART6 pins to AF8

GPIO_AF_UART7: Connect UART7 pins to AF8

GPIO_AF_UART8: Connect UART8 pins to AF8

GPIO_AF_CAN1: Connect CAN1 pins to AF9

GPIO_AF_CAN2: Connect CAN2 pins to AF9

GPIO_AF_TIM12: Connect TIM12 pins to AF9

GPIO_AF_TIM13: Connect TIM13 pins to AF9

GPIO_AF_TIM14: Connect TIM14 pins to AF9

GPIO_AF_OTG_FS: Connect OTG_FS pins to AF10

GPIO_AF_OTG_HS: Connect OTG_HS pins to AF10

GPIO_AF_ETH: Connect ETHERNET pins to AF11

GPIO_AF_FSMC: Connect FSMC pins to AF12

GPIO_AF_FMC: Connect FMC pins to AF12 forSTM32F42xxx/43xxx devices.   

GPIO_AF_OTG_HS_FS: Connect OTG HS(configured in FS) pins to AF12

GPIO_AF_SDIO: Connect SDIO pins to AF12

GPIO_AF_DCMI: Connect DCMI pins to AF13

GPIO_AF_LTDC: Connect LTDC pins to AF14 forSTM32F429xx/439xx devices.

GPIO_AF_EVENTOUT: Connect EVENTOUT pins toAF15

代码示例：

示例一：把gpioa6配置成输出管脚，并配置成高电平

         GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct;

         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);

         GPIO_InitStruct.GPIO_Pin= GPIO_Pin_6;

         GPIO_InitStruct.GPIO_Mode= GPIO_Mode_OUT;

         GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd= GPIO_PuPd_UP;

         GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

         GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);

示例二：把gpioe4配置成输入

         GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct;

         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE,ENABLE);

         GPIO_InitStruct.GPIO_Pin= GPIO_Pin_4;

         GPIO_InitStruct.GPIO_Mode= GPIO_Mode_IN;

         GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd= GPIO_PuPd_UP;

         GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStruct);

示例三：配置复用功能 PA9 PA10 配置成串口1的收发接口

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA时钟

         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);//使能USART1时钟

         //串口1对应引脚复用映射

         GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1);//GPIOA9复用为USART1

         GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1);//GPIOA10复用为USART1

         //USART1端口配置

         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; //GPIOA9与GPIOA10

         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_AF;//复用功能

         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz;      //速度50MHz

         GPIO_InitStructure.GPIO_OType= GPIO_OType_PP; //推挽复用输出

         GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd= GPIO_PuPd_UP; //上拉

         GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//初始化PA9，PA10