GPIO通用输入输出

一、GPIO的功能概述

• 用途：GPIO是通用输入输出（General Purpose I/O）的简称，主要用于工业现场需要用到数字量输入/输出的场合。

• 例如：

  输出功能:继电器、LED、蜂鸣器

  输入功能:传感器状态、高低电平等信息的读取

  复用功能：片内外设对外的接口

  时序模拟：模拟SPI、I2C和UART等常用接口的时序

• 基本特性

  1. 多种工作工作模式：输入、输出、复用、模拟
  2. 灵活的复用功能
  3. 5V的电压容限（除ADC的其他都是）
  4. 外部中断功能

• 两个基本概念（端口和引脚）

  • 端口（PORT）

  1. 独立的外设子模块，包含多个引脚，通过多个硬件寄存器控制引脚

  2. GPIO模块由端口GPIOA、GPIOB、GPIOC等多个独立的子模块构成

  3. 例如：端口GPIOA包含了PA0~PA15这16个引脚，通过10个硬件寄存器控制引脚工作

  • 引脚（PIN）

  1. 对应微控制器的一个管脚，归属于端口，由端口寄存器的对应为控制
  2. PA0对应STM32的某一脚，属于端口GPIOA，输出电平由端口GPIOA的输出数据寄存器GPIO_ODR的第0位决定。

总结： 一个端口默认包含16个引脚，但不同型号的STM32微控制器所包含的端口数量及各端口包含的引脚数量各不相同，具体信息可以查询芯片的数据手册。

二、GPIO模块的电路结构

• 电路结构
  
• 工作模式分类
  

三种输入模式：浮空输入、上拉输入、下拉输入

两种输出模式：开漏输出模式和推挽输出

1. 推完输出

2. 开漏输出

3. 模拟模式

4. 复用模式

三、GPIO模块的寄存器介绍

• 端口寄存器

1. 模式寄存器（GPIOx_MODER）

2. 输出类型寄存器（GPIOx_OTYPER）

3. 输出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）

4. 上/下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）

5. 输入数据寄存器（GPIOx_IDR）

6. 输出数据寄存器（GPIOx_ODR）

7. 置位/复位寄存器（GPIOx_BSSRR）

四、指针访问寄存器

五、利用结构体指针访问寄存器组

• 多个寄存器的定义（结构体）

struct GPIO
{
    volatile unsigned int MODER
    ···
}

volatile (__IO):防止编译器优化

unsigned int(uint32_t)数据类型

typedefl类型定义

UL：指无符号长整型

• 为了方便于用户使用，ST公司将STM32微控制器片内说有外设寄存器都采用结构体定义，以.h文件的形式提供给用户；
• 用户在使用时，只需要包含该头文件，就可以通过外设的结构体指针访问外设相关寄存器；
• 不同型号微控制器的头文件各不相同。以STM32F411系列微控制器为例，对应的.h文件为stm32f411xe.h;

六、GPIO外设的数据类型

• 分为三个

1. 引脚初始化数据类型

• Pin的取值范围

• 成员变量Mode的取值范围

• 成员变量Pull的取值范围

• 成员变量Speed的取值范围

• 成员变量Alternate的取值范围

2. 引脚电平状态数据类型(枚举类型)

typedef enum
{
    GPIO_PIN_RESET = 0,		//引脚低电平状态
    GPIO_PIN_SET			//引脚高电平状态
}GPIO_PinState;

3. 端口数据类型：指向端口寄存器组的结构体指针

• GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD···
• 不同STM32，端口数量不同
• 端口数据类型的定义是在以芯片型号命名的.h文件中。

七、GPIO外设接口函数

• 分类

1. 引脚初始化函数：HAL_GPIO_Init

2. 引脚复位函数：HAL_GPIO_Delnit

3. 读取引脚函数：HAL_GPIO_ReadPin

4. 写入引脚函数：HAL_GPIO_WritePin

5. 翻转引脚函数：HAL_GPIO_TogglePin

6. 锁定引脚函数：HAL_GPIO_LockPin