STM32 GPIO详细篇(基于HAL库)

一、基础认识

GPIO全名为General Purpose Input Output,即通用输入输出。有时候简称为“IO口”。通用,说明它是常见的。输入输出,就是说既能当输入口使用,又能当输出口使用。端口,就是元器件上的一个引脚。

输入模式和输出模式是GPIO的基本特性,当然GPIO还有其它模式可选。

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(一) IO耐压问题

STM32是一款3.3V电压的芯片,IO输出是3.3V,但IO大部分都是可以容忍5V电压输入。一般在芯片手册的“引脚定义”章节可以查看到有FT标识表示该IO可以容忍5V电压输入。

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二、在标准库中GPIO的模式

(一)模式汇总

输入模式:

l  浮空输入(GPIO_Mode_IN_FLOATING):引脚电平是真实的外部连接器件电压,电平有不确定性

l  上拉输入 (GPIO_Mode_IPU):默认通过电阻上拉到VCC,不接外部器件时可以读出高电平

l  下拉输入 (GPIO_Mode_IPD):默认通过电阻下拉到GND,不接外部器件时可以读出低电平

l  模拟输入 (GPIO_Mode_AIN):将外部信号直接传输到数模转换通道上

输出模式:

l  开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD):只能输出低电平,高电平由电阻上拉决定

l  开漏复用功能(GPIO_Mode_AF_OD):用于外设功能使用

l  推挽式输出(GPIO_Mode_Out_PP):可以输出强高和强低,通常使用该功能控制LED

l  推挽式复用功能(GPIO_Mode_AF_PP):用于外设功能使用

GPIO的基本结构:

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TTL肖特基触发器其实可以理解为用肖特基管构成的施密特触发器,作用简单说就是将相对缓慢变化的模拟信号变成矩形(方波)信号,便于后面读取。这里有一个阈值电压的概念,比如从低到高达到多少才会导通,从高到底多少才会关闭。

(二)   浮空输入(GPIO_Mode_IN_FLOATING)

浮空就是逻辑器件与引脚即不接高电平,也不接低电平。由于逻辑器件的内部结构和外部引脚所接的器件决定电平状态。一般实际运用时,引脚不建议悬空,易受干扰。通俗讲就是浮空就是浮在空中,就相当于此端口在默认情况下什么都不接,呈高阻态,这种设置在数据传输时用的比较多。浮空最大的特点就是电压的不确定性,它可能是0V,页可能是VCC,还可能是介于两者之间的某个值(最有可能) 浮空一般用来做ADC输入用,这样可以减少上下拉电阻对结果的影响。

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(三)  上拉输入 (GPIO_Mode_IPU)

上拉就是把点位拉高,比如拉到Vcc。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平。电阻同时起到限流的作用。弱强只是上拉电阻的阻值不同,没有什么严格区分。

电阻通常为30-50KΩ

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(四) 下拉输入 (GPIO_Mode_IPD)

下拉就是把点位拉低,比如拉到GND。下拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在低电平。电阻同时起到限流的作用。弱强只是下拉电阻的阻值不同,没有什么严格区分

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(五) 模拟输入 (GPIO_Mode_AIN)

模拟输入是指传统方式的输入,数字输入是输入PCM数字信号,即0,1的二进制数字信号,通过数模转换,转换成模拟信号,经前级放大进入功率放大器,功率放大器还是模拟的

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(六)  开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD)

IO输出0接GND,IO输出1,悬空,需要外接上拉电阻,才能实现输出高电平。当输出为1时,IO口的状态由上拉电阻拉高电平,但由于是开漏输出模式,这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化,实现C51的IO双向功能。

只能输出强低电平。

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(七) 开漏复用功能(GPIO_Mode_AF_OD)

用于外设使用

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(八)推挽式输出(GPIO_Mode_Out_PP)

IO输出0-接GND, IO输出1 -接VCC。这是使用最多的了。控制LED基本都是使用这种模式。

可以输出强高低电平,连接外部数字器件

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(九)推挽式复用功能(GPIO_Mode_AF_PP)

用于外设使用

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三、配置输入输出IO

(一)输入

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(1).   GPIO Pull-up/Pull-down:

IO上下拉配置

l  No pull-up and no pull-down,浮空输入,配置为不上拉和下拉

l  Pull-up,上拉输入

l  Pull-down,下拉输入

(二)输出

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(1).   GPIO output level

l  Low:IO初始化默认输出低电平

l  High:IO初始化默认输出高电平

(2).   GPIO mode

l  Output Open Drain,开漏输出,可以输出低电平

l  Output Push Pull,推挽输出,可以输出低电平和高电平 

(3).   GPIO Pull-up/Pull-down:

IO上下拉配置

l  No pull-up and no pull-down,浮空输入,配置为不上拉和下拉

l  Pull-up,上拉输入

l  Pull-down,下拉输入

(4).   Maximum output speed

l  Low,GPIO速度为低速,通常为2MHZ

l  Medium,GPIO速度为中速,通常为10MHZ

l  High,GPIO速度为高速,通常为50MHZ

四、 输出编程

测试有GPIOA1和GPIOA2设置为输出测试

(一)CubeMx设置

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(二) 初始化函数

宏定义

#define DONG_OUT_1_Pin GPIO_PIN_1
#define DONG_OUT_1_GPIO_Port GPIOA
#define DONG_OUT_2_Pin GPIO_PIN_2
#define DONG_OUT_2_GPIO_Port GPIOA

初始化函数是自动生成的

void MX_GPIO_Init(void)
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();//使能GPIOA时钟

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_RESET);//设置上电电平为低

  /*Configure GPIO pins : PAPin PAPin */
  GPIO_InitStruct.Pin = DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin;//两个GPIO_PIN
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推挽输出模式
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;//浮空,不上拉也不下拉
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;//低速
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

}

(三)输出相关函数

设置或清除选定的数据端口位

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

参数:

GPIOx :其中x可以(A..G取决于所使用的设备)来选择GPIO外设

GPIO_Pin :指定要写入的端口位。此参数可以是GPIO_PIN_x之一,其中x可以是( 0..15 )

PinState :指定要写入选定位的值。此参数可以是GPIO_PinState枚举值之一:

l  GPIO_PIN_RESET:清除端口Pin,低电平

l  GPIO_PIN_SET:设置端口Pin,高电平

例子:

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_RESET);//两个设置为低电平
HAL_Delay(1000);//1s
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin, GPIO_PIN_SET);//单独设置为高电平
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_SET);//单独设置为高电平
HAL_Delay(1000);//1s

切换指定的GPIO pin

void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

参数:

GPIOx :其中x可以(A..G取决于所使用的设备)来选择GPIO外设

GPIO_Pin :指定要写入的端口位。此参数可以是GPIO_PIN_x之一,其中x可以是(0..15 )

例子:

HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin);//两个输出电平取反
HAL_Delay(1000);//1s
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin);//单独输出电平取反
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,DONG_OUT_2_Pin);//单独输出电平取反
HAL_Delay(1000);//1s

五、输入编程(轮询检测)

(一)CubeMX设置

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 (二)初始化函数

宏定义

#define DONG_IN_1_Pin GPIO_PIN_3
#define DONG_IN_1_GPIO_Port GPIOA

初始化部分

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};//初始化结构体
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();//GPIO时钟开启
GPIO_InitStruct.Pin = DONG_IN_1_Pin;//引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;//输入模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;//上拉
HAL_GPIO_Init(DONG_IN_1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

(三)输入相关函数

读取指定的输入端口引脚

GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

参数:

GPIOx :其中x可以(A..G取决于所使用的设备)来选择GPIO外设

GPIO_Pin :指定要写入的端口位。此参数可以是GPIO_PIN_x之一,其中x可以是(0..15 )

返回:

typedef enum
{
  GPIO_PIN_RESET = 0u,//低电平
  GPIO_PIN_SET//高电平
} GPIO_PinState;

例子:

GPIO_PinState res=HAL_GPIO_ReadPin(DONG_IN_1_GPIO_Port,DONG_IN_1_Pin);//读取电平
if(res==GPIO_PIN_RESET){
     HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_SET);//两个设置为高电平
}else{
     HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_RESET);//两个设置为低电平
}

六、输入编程(中断检测)

(一)CubeMX设置

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GPIO mode:

l  上升沿触发检测的外部中断模式(External Interrupt Mode with Rising edge trigger detection)

l  下降沿触发检测的外部中断模式(External Interrupt Mode with Falling edge trigger detectiort)

l  上升/下降沿触发检测的外部中断模式(External Interrupt Mode with Risinq/Falling edge trigger detection)

l  上升沿触发检测的外部事件模式(External Event Mode with Rising edge trigger detection)

l  下降沿触发检测的外部事件模式(External Event Mode with Falling edge trigger detection)

l  上升/下降沿触发检测的外部事件模式(External Event Mode with Rising/Falling edge trigger detectiont)

中断和事件的区别:

l  中断是当IO达到中断条件后会向CPU产生中断请求

l  事件是事先设置好的任务,当单片机达到要求将通过硬件的方式处理事先设置好的任务,而不向CPU请求中断,比如DMAAD转换等

(二)初始化函数

宏定义

#define KEY1_Pin GPIO_PIN_3
#define KEY1_GPIO_Port GPIOA
#define KEY1_EXTI_IRQn EXTI3_IRQn

初始化部分

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/*Configure GPIO pin : PtPin */
GPIO_InitStruct.Pin = KEY1_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
HAL_GPIO_Init(KEY1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
/* EXTI interrupt init*/
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI3_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI3_IRQn);

(三)中断输入相关函数

中断回调函数

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin);

参数:

GPIO_Pin :指定连接EXTI线的引脚

例子:

//GPIO中断回调函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){
//判断进入中断的GPIOs
if(KEY1_Pin==GPIO_Pin){
            HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin);//单独输出电平取反
            HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,DONG_OUT_2_Pin);//单独输出电平取反
     }
}

其它

关于按键防抖的问题:

l  软件防抖可以检测到电平延时一段时间再确认电平,延时时间一般为10-20ms

l  硬件防抖可以在按键上并联一个电容,一般为0.1uf

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 参考:

https://blog.csdn.net/baidu_37366055/article/details/80060962

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