GPIO,即通用I/O(输入/输出)端口，是STM32可控制的引脚。STM32芯片的GPIO引脚与外部设备连接起来，可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。STM32F407有7组IO。分别为GPIOA~GPIOG，每组IO有16个IO口，共有112个IO口。通常称为 PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx，其中x为0-15，并且F4系列是基于Cortex-M4内核。

GPIO的复用：

STM32F4 有很多的内置外设，这些外设的外部引脚都是与 GPIO 共用的。也就是说，一个引脚可以有很多作用，但是默认为IO口，如果想使用一个 GPIO内置外设的功能引脚，就需要GPIO的复用，那么当这个 GPIO 作为内置外设使用的时候，就叫做复用。比如说串口就是GPIO复用为串口。

二、GPIO的工作模式

1.简述

4种输入模式

（1）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入（即不连接内部上下拉电阻）

（2）GPIO_Mode_IPU 上拉输入

（3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入

（4）GPIO_Mode_AIN 模拟输入

4种输出模式

（5）GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出（带上拉或者下拉）

（6）GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出（带上拉或者下拉）

（7）GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出（带上拉或者下拉）

（8）GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出（带上拉或者下拉）

4种最大输出速度

（1）2MHZ (低速)

（2）25MHZ (中速)

（3）50MHZ (快速)

（4）100MHZ (高速)

2.详细分析

输出配置

对 I/O 端口进行编程作为输出时：

输出缓冲器被打开：

--开漏模式：输出寄存器中的“0”可激活 N-MOS，而输出寄存器中的“1”会使端口保持高组态 (Hi-Z)（P-MOS 始终不激活）。

--推挽模式：输出寄存器中的“0”可激活 N-MOS，而输出寄存器中的“1”可激活P-MOS。

施密特触发器输入被打开
根据 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值决定是否打开弱上拉电阻和下拉电阻
输入数据寄存器每隔 1 个 AHB1 时钟周期对 I/O 引脚上的数据进行一次采样
对输入数据寄存器的读访问可获取 I/O 状态
对输出数据寄存器的读访问可获取最后的写入值

推挽电路（push-pull）就是两个不同极性晶体管间连接的输出电路。推挽电路采用两个参数相同的功率BJT管或MOSFET管，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小效率高。推挽输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。

在电路设计中，推挽输出是一种很常用的输出模式。推挽输出有很多优点，比如更低的损耗，更安全的输出等。推挽”之意，即为当一个管子推出去时，另一个管子拉回来。输入不同，交替导通。

举个例子

当输入信号为高电平的时候，上面的管子导通，下面的管子截止，输出信号为高电平。
当输入信号为低电平的时候，上面的管子截止，下面的管子导通，输出信号为低电平。

MOS管

N型mos比P型mos管使用的多

N型mos管比P型mos管的开关速度快（工艺的影响），所以Pmos开关损耗多，发热严重

Nmos比Pmos耐压高

Nmos通过电流能力比较大，因此常用于推挽电路的下管。

输入配置

对 I/O 端口进行编程作为输入时：

输出缓冲器被关闭
施密特触发器输入被打开
根据 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值决定是否打开上拉和下拉电阻
输入数据寄存器每隔 1 个 AHB1 时钟周期对 I/O 引脚上的数据进行一次采样
对输入数据寄存器的读访问可获取 I/O 状态

复用功能配置

对 I/O 端口进行编程作为复用功能时：

可将输出缓冲器配置为开漏或推挽
输出缓冲器由来自外设的信号驱动（发送器使能和数据）
施密特触发器输入被打开
根据 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值决定是否打开上拉电阻和下拉电阻
输入数据寄存器每隔 1 个 AHB1 时钟周期对 I/O 引脚上的数据进行一次采样
对输入数据寄存器的读访问可获取 I/O 状态

模拟配置

对 I/O 端口进行编程作为模拟配置时：

输出缓冲器被禁止。
施密特触发器输入停用，I/O 引脚的每个模拟输入的功耗变为零。施密特触发器的输出被强制处理为恒定值 (0)。
弱上拉和下拉电阻被关闭。
对输入数据寄存器的读访问值为“0”。

在模拟配置中，I/O 引脚不能为 5 V 容忍

三、使用CUBEMX配置hal库

创建新文件(选择芯片型号）
配置system core

/1.sys配置仿真器（我一般选择stlink）

/2.RCC配置(

将外部高速时钟（HSE）配置为Crystal/Ceramic Resonator（晶体/陶瓷谐振器），外部低速时钟（LSE）一般用不到，可以不配置

)
GPIO配置

/1.在右侧芯片中选择你要配置的gpio口

/2.点击该gpio口选择你要配置的功能

/3.这里为了点亮led灯所以将连接该引脚的gpio口配置为gpio_output模式（输出模式）

/4.在cubemx左边界面中找到GPIO就能查看和更改gpio的一些配置
配置时钟树

/5.直接选择72MHZ按回车
配置文件

/6.命名文件（不要出现中文）

/7.IDE选择MDK_ARM

/8.勾选.c和.h分文件

/9.最后生成代码

四、研究库函数

库函数参考有两种方法：

1.参考HAL函数源码，逐步进行阅读，仅供于参考。

2.借力帮助文档

五、函数接口

1.端口硬件时钟使能

2.GPIO的初始化

3.GPIO初始化结构体

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 */
} GPIO_InitTypeDef;

4.GPIO功能函数API

functions:

HAL_GPIO_EXTI_Callback

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)

EXTI line detection callbacks.（使用外部中断（EXTI）来检测外部信号变化的回调函数）

Parameters:

GPIO_Pin: 指定连接到 EXTI 线的引脚。

Return values:

无返回值

Definition at line 561 of file stm32f1xx_hal_gpio.c.

Referenced by HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler().

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler

void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)

This function handles EXTI interrupt request.（此函数处理 EXTI 中断请求。）

Parameters:

GPIO_Pin: 指定连接到 EXTI 线的引脚。

Return values:

无返回值

Definition at line 546 of file stm32f1xx_hal_gpio.c.

References __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT, __HAL_GPIO_EXTI_GET_IT, and HAL_GPIO_EXTI_Callback().

HAL_GPIO_LockPin

HAL_StatusTypeDef HAL_GPIO_LockPin(GPIO_TypeDef * GPIOx,uint16_t GPIO_Pin ）

Locks GPIO Pins configuration registers.（IO 配置冻结）

Note:

锁定机制允许将 IO 配置冻结。当对端口位应用了 LOCK 序列后，直到下一次复位之前，无法再修改端口位的值。

Parameters:

GPIOx: 其中 x 可以是（根据所使用的设备）A 到 G 之间的字母，用于选择 GPIO 外设。
GPIO_Pin: 指定要锁定的端口位。该参数可以是 GPIO_Pin_x 的任意组合，其中 x 可以是（0..15）。

Return values:

None

Definition at line 511 of file stm32f1xx_hal_gpio.c.

References assert_param, and IS_GPIO_PIN.

HAL_GPIO_ReadPin

GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef * GPIOx,uint16_t GPIO_Pin )

Reads the specified input port pin.（读引脚电平）

Parameters:

GPIOx: 其中x可以是（根据所使用的设备）A到G之间的字母，用于选择GPIO外设。
GPIO_Pin: 指定要读取的端口位。该参数可以是GPIO_PIN_x，其中x可以是（0..15）。

Return values:

输入端口引脚的值。

Definition at line 431 of file stm32f1xx_hal_gpio.c.

References assert_param, GPIO_PIN_RESET, GPIO_PIN_SET, and IS_GPIO_PIN.

HAL_GPIO_TogglePin

void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef * GPIOx,uint16_t GPIO_Pin )

Toggles the specified GPIO pin.（反转引脚电平）

Parameters:

GPIOx: 其中 x 可以是（根据所使用的设备）A 到 G 之间的字母，用于选择 GPIO 外设。
GPIO_Pin: 指定要切换的引脚。

Return values:

无返回值

Definition at line 487 of file stm32f1xx_hal_gpio.c.

References assert_param, GPIO_NUMBER, and IS_GPIO_PIN.

HAL_GPIO_WritePin

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

Sets or clears the selected data port bit.（写引脚电平）

Note:

此函数使用 GPIOx_BSRR 寄存器来允许原子读/修改访问。这样，读取和修改访问之间不会发生中断请求的风险。

Parameters:

GPIOx,: 其中 x 可以是（根据所使用的设备）A 到 G 之间的字母，用于选择 GPIO 外设。
GPIO_Pin,: 指定要写入的端口位。该参数可以是 GPIO_PIN_x，其中 x 可以是（0..15）。
PinState,: 指定要写入所选位的值。该参数可以是 GPIO_PinState 枚举值之一：
GPIO_PIN_RESET: 低电平
GPIO_PIN_SET: 高电平

Return values:

无返回值

Definition at line 465 of file stm32f1xx_hal_gpio.c.

References assert_param, GPIO_PIN_RESET, IS_GPIO_PIN, and IS_GPIO_PIN_ACTION.

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