手把手教你开发stm32——GPIO（基于hal库）_stm32 hal gpio

1.GPIO的基本介绍

1.1.GPIO的基本概念

GPIO翻译过来就是通用输入输出接口，是嵌入式系统，单片机开发过程中最常用的接口，用户可以通过编程灵活对接口进行控制，实现对电路板上的LED、数码管等常用设备进行控制驱动，也可以作为串口的数据收发管脚，或者AD的接口等服用功能使用，因此其作用是非常重要的。

上图中，灰色的引脚都表示是标准输入输出口，都可以进行GPIO的正常操作。
注：上图中其他颜色的引脚都是由特殊用途的IO口，我们一般不对这些IO口进行操作，以免出现不必要的错误。

1.2.GPIO的基本功能

GPIO作为标准输入输出的器件，基本功能自然就是进行信号的输入和信号的输出的功能。

• 对于信号输出功能，最常用的作用就是输出高低电平来进行电平的控制，以GPIO管脚驱动LED灯为例，假设LED是低电平点亮的，那么当IO口输出低电平时，LED点亮，当IO口输出高电平时，LED熄灭，这就是GPIO作为输出时最基本的功能。
• 对于信号输入功能，GPIO口可以读入外部的高低电平信号，比如说通过按键可以实现最基本的人机交互，比如当按键按下，IO口读入电平信号的变化以后，可以进行后续的操作，比如说可以实现LED的控制等等操作。

1.3.GPIO的复用功能

对于每个GPIO管脚来说，如果只能作为标准输入输出接口来存在，那么其他的功能，比如说串口、IIC、AD转换等功能还需要新的管脚，这就会造成空间上的大量浪费，所以，ARM公司在设计内核的时候就充分考虑这些因素，从而将很多的管脚设置成有多个功能的作用，具体的功能可以看stm32数据手册第3节引脚定义中的GPIO表。但是目前我们主要关注的还是GPIO的输入输出功能，因此，我们不需要过于纠结这些复用功能，后续的学习中还将进一步学习使用GPIO的复用功能。

2.GPIO的基本结构

GPIO的基本结构如上图所示，GPIO都是挂载到APB2总线上的，然后通过寄存器来控制GPIO的输入输出，并且通过一定的驱动方式来输出高低电平。

上图是GPIO内部的具体结构，分为输入部分和输出部分。

• 输出部分主要是下面的一些电路，由输出数据寄存器、位设置/清除寄存器等寄存器来控制，来进行控制，并且通过P-MOS或者N-MOS来使电平变为高电平或者低电平。同时，也可以通过设置寄存器来控制GPIO的工作模式是推挽输出还是开漏输出。推挽输出是指，GPIO口可以正常输出高低电平，但是开漏输出是指，GPIO可以正常输出低电平，但是无法输出高电平，所以我们一般配置输出时，都将引脚配置为推挽输出的功能。
• 输入部分主要是通过上面的电路来进行的，芯片读取输入前可以通过VDD或者VSS来控制上拉或者下拉，上拉是指当无电平输入时，引脚默认高电平；下拉是指，当无电平输入时，引脚默认下拉。然后通过肖特基二极管进行滤波和整流，从而输入高质量的高低电平信号。

3.驱动LED灯代码的实现

其实驱动LED的配置是我们拿到开发板需要最先做到的事情，这也就是我们所谓的“点灯操作”，基础的点灯操作也是去测试我们的开发板运行是否正常的一个标准，所以一般我们也称呼我们单片机工程师为“点灯大师”。

3.1.cubemx配置

当我们打开cubemx以后，我们需要进行一系列的配置，具体配置的流程如下：

1. 新建工程
   
   
2. 选择单步调试和下载方式
   
3. 配置时钟
   

4. 配置引脚

5.配置工程选项并输入工程

3.2.具体代码的实现

下面我们来写点亮LED的代码
由于我们在cubemx中配置的PA1口的输出为低电平，那么我们需要将PA1口写为高电平，然后就可以将LED灯点亮。

写入上面一段代码，可以将LED灯从PA1点亮。

我们可以再用一段代码，来实现LED灯闪烁的功能。

通过以上的代码，可以实现LED等闪烁的功能，其中HAL_Delay函数是HAL库官方给我们提供的函数接口，单位是ms，我们上面的代码就是指，延时500ms。这样就可以实现LED灯闪烁的功能。

4.GPIO输入——按键程序

实现按键输入程序是我们做stm32的第二个步骤，也是人机交互的雏形。
我们这个按键实验要达到的效果就是从PA2进行按键输入，控制PA1的LED等点亮或者熄灭。

4.1.cubemx配置

cubemx的配置步骤和上面LED配置步骤类似，唯一不同的一点就是，在配置引脚的时候。

4.2.具体代码的实现

下面我们就来写一下读入按键以后，然后实现LED反转的具体代码。

对于为什么要软件消抖，是因为，按键按下时会有一定的抖动，如下图

这是因为按键的硬件属性决定的，所以，我们必须要延长一定的时间来消除它的抖动，这个时间一般是20-30ms的时间，所以我们延长这样一段时间然后再进行判断按键是否按下，这样就能实现按键更好的按下的功能。
通过上面的程序，就能很好地实验按键按下，LED反转的功能，初步实现了人机交互。

5.有关GPIO的寄存器（有关寄存器只需了解即可）

对于stm32驱动各类外设来说，其实都是对寄存器来进行读写操作，因此，操作GPIO也不例外，我们需要对GPIO的寄存器进行读写操作。
stm32中常用的寄存器主要有以下几个。

• 端口配置低寄存器（GPIOx_CRL）
• 端口配置高寄存器（GPIOx_CRH）
• 端口输入数据寄存器（GPIOx_IDR）
• 端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR）
• 端口位设置/清除寄存器（GPIOx_BSRR）
• 端口位清除寄存器（GPIOx_BRR）
• 端口配置锁定寄存器（GPIOx_LCKR）

5.1.端口配置高/低寄存器

1. 端口配置低寄存器
   端口配置低寄存器主要是用来配置每个GPIO组的低8个IO口，主要包块对输入输出模式的设置和对输出速度的设置等等内容。
   
   具体如上图，通过对端口配置寄存器写入不同的值，就可以使对应的端口呈现出我们上面用HAL库来配置的模式。

2. 端口配置高寄存器
   端口配置高寄存器主要是用来配置每个GPIO组的高8个IO口，配置的内容和低寄存器相同。
   

5.2.端口输入/输出数据寄存器

端口输入输出数据寄存器主要是用来控制IO口的数据的输入和输出的，可以读取一个GPIO组的各个引脚的电平，通过一个寄存器来存储，但是输入和输出的读取都只能一起读取16个位的内容，也就是说是以字的形式来读取或者输出的。具体寄存器如下所示。并且，这两个寄存器都只用了低16位，高16位是保留的。
端口输入数据寄存器

端口输出数据寄存器

5.3.端口位设置/清除寄存器、端口位清除寄存器

端口位设置清除寄存器，主要是用来设置对应的位和清除对应的位，功能和端口输入/输出数据寄存器的功能差不多，不过这个寄存器也是只能以字的形式进行写入，但是这两个寄存器可以对某个位进行设置而不影响其他位的数据，所以这两个寄存器比端口输入/输出寄存器更加好用，平常用的时候也更加频繁，具体寄存器如下图。
端口位设置/清除寄存器

端口位清除寄存器

5.4.端口配置锁定寄存器

这个寄存器在平常的编程中是不大使用的，如果要用到可以参考stm32中文参考手册第8.2节GPIO的相关寄存器的配置。

以上就是stm32学习中GPIO的相关知识，写这篇博客也是为了帮助我自己来更好地认识GPIO和相关寄存器，也希望帮助更多的人学习stm32。