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STM32F429第六篇之stm32f4xx_hal_gpio_stm32f4hal库中文手册

作者：2023面试高手 | 2024-04-20 01:35:30

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stm32f4hal库中文手册

文章目录

前言

本文主要介绍HAL库中Stm32F429的GPIO用法。主要参考资料：

  • STM32F439xx HAL USER Manual
  • STM32F429数据手册

关于GPIO寄存器相关知识，可以参阅stm32F4xx中文参考手册，里面对于硬件底层以及寄存器有详细的介绍，本文不再详细展开。在使用HAL库的时候，即使不了解底层硬件和寄存器知识，同样可以完成项目的开发。此处，只需要了解HAL库驱动函数的使用方法即可。了解驱动函数的使用方法可以通过以下两种途径：

  • 阅读源程序和其中的注释
  • 阅读用户手册

用户手册在HAL库压缩包中自带，相对地址在：\STM32Cube_FW_F4_V1.11.0\Drivers\STM32F4xx_HAL_Driver 。如下图所示：
在这里插入图片描述
可以知道，没有F429直接对应的用户手册，所以，我们可以选择比较相近的F439手册。

主要功能与使用方法

功能

HAL库的GPIO驱动模块。主要提供以下两种功能：

  • 初始化和去初始化功能。
  • IO操作功能。

使用方法

  1. 使能GPIO AHB时钟，使用函数： __HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE() 。
  2. 配置GPIO引脚功能，使用函数： HAL_GPIO_Init() 以及结构体 GPIO_InitTypeDef。
    1. 通过结构体中成员 “mode” 配置IO模式。相关寄存器为(GPIOx_MODER)。
    2. 通过结构体中成员“pull”激活上拉电阻下拉电阻。相关寄存器为“ GPIOx_PUPDR ”。
    3. 通过结构体中成员“speed”改变引脚的速度。相关寄存器为“GPIOx_OSPEEDR”
    4. 通过结构体中成员“alternate”改变引脚的复用功能。相关寄存器为“GPIOx_AFRL和GPIOx_AFRH”
  3. 在外部中断启用的情况下，需要使用 HAL_NVIC_SetPriority（） 配置映射到EXTI行的NVIC IRQ优先级，并使用 HAL_NVIC_EnableIRQ（） 启用它。
  4. 在输入模式情况下，使用 HAL_GPIO_ReadPin() 获取引脚电平状态。
  5. 在输出模式情况下，使用 HAL_GPIO_WritePin()/HAL_GPIO_TogglePin() 函数来改变引脚电平状态。
  6. 使用 HAL_GPIO_LockPin() 锁定引脚状态，锁定状态一直维持到下次启动之前。

注意：

  1. 结构体中mode 成员中的模拟模式，适用于该引脚用于ADC或者DAC。
  2. 结构体中“mode”成员除了与GPIOx_MODER 寄存器相关的数据，还有一些与外部中断模式有关的参数。

函数与结构体

函数

 void  HAL_GPIO_Init (GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init) 

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根据参数GPIO_Init初始化GPIOx外设。

void  HAL_GPIO_DeInit (GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin) 

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去初始化，复位GPIO外设寄存器到他们初始的默认值。

GPIO_PinState  HAL_GPIO_ReadPin (GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

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读取特定的输入输入引脚。

void  HAL_GPIO_WritePin (GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState) 

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置位或者清除选定的数据位。

 void  HAL_GPIO_TogglePin (GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) 

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反转特定的GPIO引脚。

 HAL_StatusTypeDef  HAL_GPIO_LockPin (GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) 

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锁定GPIO引脚配置寄存器。

 void  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler (uint16_t GPIO_Pin)

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该函数处理EXIT中断请求。

 __weak void  HAL_GPIO_EXTI_Callback (uint16_t GPIO_Pin) 

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EXTI 线路检测回调。

参数与结构体

GPIO_TypeDef *GPIOx

在F429中，x可以取 (A-K) 。其具体定义为：

#define GPIOA               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)
#define GPIOB               ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)
#define GPIOC               ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)
#define GPIOD               ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)
#define GPIOE               ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE)
#define GPIOF               ((GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE)
#define GPIOG               ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE)
#define GPIOH               ((GPIO_TypeDef *) GPIOH_BASE)
#define GPIOI               ((GPIO_TypeDef *) GPIOI_BASE)
#define GPIOJ               ((GPIO_TypeDef *) GPIOJ_BASE)
#define GPIOK               ((GPIO_TypeDef *) GPIOK_BASE)

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定义的详细解析，可以参考上一篇博客：<STM32F429第五篇之HAL库内存映射实现>。其本质是一个常量地址。

对应结构体定义为：

typedef struct
{
  __IO uint32_t MODER;    /*!< GPIO port mode register,               Address offset: 0x00      */
  __IO uint32_t OTYPER;   /*!< GPIO port output type register,        Address offset: 0x04      */
  __IO uint32_t OSPEEDR;  /*!< GPIO port output speed register,       Address offset: 0x08      */
  __IO uint32_t PUPDR;    /*!< GPIO port pull-up/pull-down register,  Address offset: 0x0C      */
  __IO uint32_t IDR;      /*!< GPIO port input data register,         Address offset: 0x10      */
  __IO uint32_t ODR;      /*!< GPIO port output data register,        Address offset: 0x14      */
  __IO uint32_t BSRR;     /*!< GPIO port bit set/reset register,      Address offset: 0x18      */
  __IO uint32_t LCKR;     /*!< GPIO port configuration lock register, Address offset: 0x1C      */
  __IO uint32_t AFR[2];   /*!< GPIO alternate function registers,     Address offset: 0x20-0x24 */
} GPIO_TypeDef;

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此结构体对应着F429的GPIO寄存器，可以通过操作该结构体的成员变量，直接操纵对应寄存器。至于每个结构体的详细含义，请参考< STM32F4XX参考手册 >，此处不再赘述。

uint16_t GPIO_Pin

确定端口的引脚位。此参数可以取GPIO_PIN_x，其中x的取值范围为[0,15]。具体的定义如下：

#define GPIO_PIN_0                 ((uint16_t)0x0001U)  /* Pin 0 selected    */
#define GPIO_PIN_1                 ((uint16_t)0x0002U)  /* Pin 1 selected    */
#define GPIO_PIN_2                 ((uint16_t)0x0004U)  /* Pin 2 selected    */
#define GPIO_PIN_3                 ((uint16_t)0x0008U)  /* Pin 3 selected    */
#define GPIO_PIN_4                 ((uint16_t)0x0010U)  /* Pin 4 selected    */
#define GPIO_PIN_5                 ((uint16_t)0x0020U)  /* Pin 5 selected    */
#define GPIO_PIN_6                 ((uint16_t)0x0040U)  /* Pin 6 selected    */
#define GPIO_PIN_7                 ((uint16_t)0x0080U)  /* Pin 7 selected    */
#define GPIO_PIN_8                 ((uint16_t)0x0100U)  /* Pin 8 selected    */
#define GPIO_PIN_9                 ((uint16_t)0x0200U)  /* Pin 9 selected    */
#define GPIO_PIN_10                ((uint16_t)0x0400U)  /* Pin 10 selected   */
#define GPIO_PIN_11                ((uint16_t)0x0800U)  /* Pin 11 selected   */
#define GPIO_PIN_12                ((uint16_t)0x1000U)  /* Pin 12 selected   */
#define GPIO_PIN_13                ((uint16_t)0x2000U)  /* Pin 13 selected   */
#define GPIO_PIN_14                ((uint16_t)0x4000U)  /* Pin 14 selected   */
#define GPIO_PIN_15                ((uint16_t)0x8000U)  /* Pin 15 selected   */
#define GPIO_PIN_All               ((uint16_t)0xFFFFU)  /* All pins selected */

#define GPIO_PIN_MASK              ((uint32_t)0x0000FFFFU) /* PIN mask for assert test */


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GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init

该参数对应GPIO功能初始化的所有参数，具体含义需要解析结构体成员，结构体的定义如下：

typedef struct
{
  uint32_t Pin;       /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
                           This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */

  uint32_t Mode;      /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
                           This parameter can be a value of @ref GPIO_mode_define */

  uint32_t Pull;      /*!< Specifies the Pull-up or Pull-Down activation for the selected pins.
                           This parameter can be a value of @ref GPIO_pull_define */

  uint32_t Speed;     /*!< Specifies the speed for the selected pins.
                           This parameter can be a value of @ref GPIO_speed_define */

  uint32_t Alternate;  /*!< Peripheral to be connected to the selected pins. 
                            This parameter can be a value of @ref GPIO_Alternate_function_selection */
}GPIO_InitTypeDef;

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该结构体有五个成员变量，都与GPIO初始化相关。

Pin

指定需要初始化的GPIO引脚。该参数可以取GPIO引脚定义的任意值。其定义值可以取节uint16_t GPIO_Pin中的定义部分任意值，此处不再列出。

Mode

指定特定引脚的模式选择。参数可以取：

#define  GPIO_MODE_INPUT                        ((uint32_t)0x00000000U)   /*!< Input Floating Mode                   */
#define  GPIO_MODE_OUTPUT_PP                    ((uint32_t)0x00000001U)   /*!< Output Push Pull Mode                 */
#define  GPIO_MODE_OUTPUT_OD                    ((uint32_t)0x00000011U)   /*!< Output Open Drain Mode                */
#define  GPIO_MODE_AF_PP                        ((uint32_t)0x00000002U)   /*!< Alternate Function Push Pull Mode     */
#define  GPIO_MODE_AF_OD                        ((uint32_t)0x00000012U)   /*!< Alternate Function Open Drain Mode    */

#define  GPIO_MODE_ANALOG                       ((uint32_t)0x00000003U)   /*!< Analog Mode  */
    
#define  GPIO_MODE_IT_RISING                    ((uint32_t)0x10110000U)   /*!< External Interrupt Mode with Rising edge trigger detection          */
#define  GPIO_MODE_IT_FALLING                   ((uint32_t)0x10210000U)   /*!< External Interrupt Mode with Falling edge trigger detection         */
#define  GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING            ((uint32_t)0x10310000U)   /*!< External Interrupt Mode with Rising/Falling edge trigger detection  */
 
#define  GPIO_MODE_EVT_RISING                   ((uint32_t)0x10120000U)   /*!< External Event Mode with Rising edge trigger detection               */
#define  GPIO_MODE_EVT_FALLING                  ((uint32_t)0x10220000U)   /*!< External Event Mode with Falling edge trigger detection              */
#define  GPIO_MODE_EVT_RISING_FALLING           ((uint32_t)0x10320000U)   /*!< External Event Mode with Rising/Falling edge trigger detection       */

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以上参数定义规则可以总结如下：

设定数据为: 0xX0yz00YZ

  • X : GPIO mode or EXTI Mode
  • y : External IT or Event trigger detection
  • z : IO configuration on External IT or Event
  • Y : Output type (Push Pull or Open Drain)
  • Z : IO Direction mode (Input, Output, Alternate or Analog)
PULL

指定上拉，下拉或者浮空方式。其具体可以为：

#define  GPIO_NOPULL        ((uint32_t)0x00000000U)   /*!< No Pull-up or Pull-down activation  */
#define  GPIO_PULLUP        ((uint32_t)0x00000001U)   /*!< Pull-up activation                  */
#define  GPIO_PULLDOWN      ((uint32_t)0x00000002U)   /*!< Pull-down activation                */

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Speed

指定引脚速度，其具体选择如下：

#define  GPIO_SPEED_FREQ_LOW         ((uint32_t)0x00000000U)  /*!< IO works at 2 MHz, please refer to the product datasheet */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM      ((uint32_t)0x00000001U)  /*!< range 12,5 MHz to 50 MHz, please refer to the product datasheet */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_HIGH        ((uint32_t)0x00000002U)  /*!< range 25 MHz to 100 MHz, please refer to the product datasheet  */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH   ((uint32_t)0x00000003U)  /*!< range 50 MHz to 200 MHz, please refer to the product datasheet  */

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Alternate

指定GPIO的复用功能，其具体选择如下：

#if defined(STM32F429xx) || defined(STM32F439xx)
/** 
  * @brief   AF 0 selection  
  */ 
#define GPIO_AF0_RTC_50Hz      ((uint8_t)0x00U)  /* RTC_50Hz Alternate Function mapping                       */
#define GPIO_AF0_MCO           ((uint8_t)0x00U)  /* MCO (MCO1 and MCO2) Alternate Function mapping            */
#define GPIO_AF0_TAMPER        ((uint8_t)0x00U)  /* TAMPER (TAMPER_1 and TAMPER_2) Alternate Function mapping */
#define GPIO_AF0_SWJ           ((uint8_t)0x00U)  /* SWJ (SWD and JTAG) Alternate Function mapping             */
#define GPIO_AF0_TRACE         ((uint8_t)0x00U)  /* TRACE Alternate Function mapping                          */

/** 
  * @brief   AF 1 selection  
  */ 
#define GPIO_AF1_TIM1          ((uint8_t)0x01U)  /* TIM1 Alternate Function mapping */
#define GPIO_AF1_TIM2          ((uint8_t)0x01U)  /* TIM2 Alternate Function mapping */

/** 
  * @brief   AF 2 selection  
  */ 
#define GPIO_AF2_TIM3          ((uint8_t)0x02U)  /* TIM3 Alternate Function mapping */
#define GPIO_AF2_TIM4          ((uint8_t)0x02U)  /* TIM4 Alternate Function mapping */
#define GPIO_AF2_TIM5          ((uint8_t)0x02U)  /* TIM5 Alternate Function mapping */

/** 
  * @brief   AF 3 selection  
  */ 
#define GPIO_AF3_TIM8          ((uint8_t)0x03U)  /* TIM8 Alternate Function mapping  */
#define GPIO_AF3_TIM9          ((uint8_t)0x03U)  /* TIM9 Alternate Function mapping  */
#define GPIO_AF3_TIM10         ((uint8_t)0x03U)  /* TIM10 Alternate Function mapping */
#define GPIO_AF3_TIM11         ((uint8_t)0x03U)  /* TIM11 Alternate Function mapping */

/** 
  * @brief   AF 4 selection  
  */ 
#define GPIO_AF4_I2C1          ((uint8_t)0x04U)  /* I2C1 Alternate Function mapping */
#define GPIO_AF4_I2C2          ((uint8_t)0x04U)  /* I2C2 Alternate Function mapping */
#define GPIO_AF4_I2C3          ((uint8_t)0x04U)  /* I2C3 Alternate Function mapping */

/** 
  * @brief   AF 5 selection  
  */ 
#define GPIO_AF5_SPI1          ((uint8_t)0x05U)  /* SPI1 Alternate Function mapping        */
#define GPIO_AF5_SPI2          ((uint8_t)0x05U)  /* SPI2/I2S2 Alternate Function mapping   */
#define GPIO_AF5_SPI3          ((uint8_t)0x05U)  /* SPI3/I2S3 Alternate Function mapping   */
#define GPIO_AF5_SPI4          ((uint8_t)0x05U)  /* SPI4 Alternate Function mapping        */
#define GPIO_AF5_SPI5          ((uint8_t)0x05U)  /* SPI5 Alternate Function mapping        */
#define GPIO_AF5_SPI6          ((uint8_t)0x05U)  /* SPI6 Alternate Function mapping        */
#define GPIO_AF5_I2S3ext       ((uint8_t)0x05U)  /* I2S3ext_SD Alternate Function mapping  */

/** 
  * @brief   AF 6 selection  
  */ 
#define GPIO_AF6_SPI3          ((uint8_t)0x06U)  /* SPI3/I2S3 Alternate Function mapping  */
#define GPIO_AF6_I2S2ext       ((uint8_t)0x06U)  /* I2S2ext_SD Alternate Function mapping */
#define GPIO_AF6_SAI1          ((uint8_t)0x06U)  /* SAI1 Alternate Function mapping       */

/** 
  * @brief   AF 7 selection  
  */ 
#define GPIO_AF7_USART1        ((uint8_t)0x07U)  /* USART1 Alternate Function mapping     */
#define GPIO_AF7_USART2        ((uint8_t)0x07U)  /* USART2 Alternate Function mapping     */
#define GPIO_AF7_USART3        ((uint8_t)0x07U)  /* USART3 Alternate Function mapping     */
#define GPIO_AF7_I2S3ext       ((uint8_t)0x07U)  /* I2S3ext_SD Alternate Function mapping */

/** 
  * @brief   AF 8 selection  
  */ 
#define GPIO_AF8_UART4         ((uint8_t)0x08U)  /* UART4 Alternate Function mapping  */
#define GPIO_AF8_UART5         ((uint8_t)0x08U)  /* UART5 Alternate Function mapping  */
#define GPIO_AF8_USART6        ((uint8_t)0x08U)  /* USART6 Alternate Function mapping */
#define GPIO_AF8_UART7         ((uint8_t)0x08U)  /* UART7 Alternate Function mapping  */
#define GPIO_AF8_UART8         ((uint8_t)0x08U)  /* UART8 Alternate Function mapping  */

/** 
  * @brief   AF 9 selection 
  */ 
#define GPIO_AF9_CAN1          ((uint8_t)0x09U)  /* CAN1 Alternate Function mapping    */
#define GPIO_AF9_CAN2          ((uint8_t)0x09U)  /* CAN2 Alternate Function mapping    */
#define GPIO_AF9_TIM12         ((uint8_t)0x09U)  /* TIM12 Alternate Function mapping   */
#define GPIO_AF9_TIM13         ((uint8_t)0x09U)  /* TIM13 Alternate Function mapping   */
#define GPIO_AF9_TIM14         ((uint8_t)0x09U)  /* TIM14 Alternate Function mapping   */
#define GPIO_AF9_LTDC          ((uint8_t)0x09U)  /* LCD-TFT Alternate Function mapping */

/** 
  * @brief   AF 10 selection  
  */ 
#define GPIO_AF10_OTG_FS        ((uint8_t)0x0AU)  /* OTG_FS Alternate Function mapping */
#define GPIO_AF10_OTG_HS        ((uint8_t)0x0AU)  /* OTG_HS Alternate Function mapping */

/** 
  * @brief   AF 11 selection  
  */ 
#define GPIO_AF11_ETH           ((uint8_t)0x0BU)  /* ETHERNET Alternate Function mapping */

/** 
  * @brief   AF 12 selection  
  */ 
#define GPIO_AF12_FMC           ((uint8_t)0x0CU)  /* FMC Alternate Function mapping                      */
#define GPIO_AF12_OTG_HS_FS     ((uint8_t)0x0CU)  /* OTG HS configured in FS, Alternate Function mapping */
#define GPIO_AF12_SDIO          ((uint8_t)0x0CU)  /* SDIO Alternate Function mapping                     */

/** 
  * @brief   AF 13 selection  
  */ 
#define GPIO_AF13_DCMI          ((uint8_t)0x0DU)  /* DCMI Alternate Function mapping */

/** 
  * @brief   AF 14 selection  
  */
#define GPIO_AF14_LTDC          ((uint8_t)0x0EU)  /* LCD-TFT Alternate Function mapping */

/** 
  * @brief   AF 15 selection  
  */ 
#define GPIO_AF15_EVENTOUT      ((uint8_t)0x0FU)  /* EVENTOUT Alternate Function mapping */
#endif /* STM32F429xx || STM32F439xx */

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GPIO_PinState PinState

引脚状态，为高电平或者低电平。其具体定义如下所示：

typedef enum
{
  GPIO_PIN_RESET = 0,
  GPIO_PIN_SET
}GPIO_PinState;

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结构体HAL_StatusTypeDef

typedef enum 
{
  HAL_OK       = 0x00U,
  HAL_ERROR    = 0x01U,
  HAL_BUSY     = 0x02U,
  HAL_TIMEOUT  = 0x03U
} HAL_StatusTypeDef;


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