概述
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。STM32F103 有 3 组 IO。分别为 GPIOA~GPIOC，每组 IO 有 16 个 IO 口，共有 48 个 IO 口。通常称为 PAx、PBx、PCx，其中 x 为 0-15，并且 F1 系列是基于 Cortex-M3 内核。
GPIO 的复用：STM32F1 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。
GPIO 可以被配置为 8 中状态，其中输入输出各 4 种状态。
输出模式：可控制端口输出高低电平，用以驱动LED、控制蜂鸣器、模拟通信协议输出时序等
1 通用推挽输出
2 通用开漏输出
3 复用功能推挽输出模式
4 复用功能开漏输出模式
输入模式:读取端口的高低电平或电压，用于读取按键输入、外接模块电平信号输入、ADC电压采集、模拟通信协议接收数据等
5 模拟输入模式
6 浮空输入模式
7 上拉输入模式
8 下拉输入模式
详述
结构
基本机构：
位结构：
GPIO模式：
通过配置GPIO的端口配置寄存器，端口可以配置成以下8种模式：
输出配置
对 I/O 端口进行编程作为输出时：
1 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。
2 施密特触发器输入被打开
3 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
4 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
5 对输入数据寄存器的读访问可获取 I/O 状态
6 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。
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。
输入配置
对 I/O 端口进行编程作为输入时：
1 输出缓冲器被关闭
2 施密特触发器输入被打开
3 根据 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值决定是否打开上拉和下拉电阻
4 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
5 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：
1 可将输出缓冲器配置为开漏或推挽
2 输出缓冲器由来自外设的信号驱动（发送器使能和数据）
3 施密特触发器输入被打开
4 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
5 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
6 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：
1 输出缓冲器被禁止。
2 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)。
3 弱上拉和下拉电阻被关闭。
4 对输入数据寄存器的读访问值为“0”。
注：在模拟配置中，I/O 引脚不能为 5 V 容忍
GPIO 库函数编程
调用 GPIO 寄存器步骤总结：
①端口硬件时钟使能
②GPIO 的初始化
③GPIO 初始化结构体
④GPIO 的引脚电平设置
1 设置高电平
2 设置低电平
设置引脚电平，也可以尝试 GPIO_Write、GPIO_WriteBit 函数
3 读取某个端口的引脚电平
编程实例
LED闪烁
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#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
int main(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启GPIOA的时钟
//使用各个外设前必须开启时钟，否则对外设的操作无效
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义结构体变量
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //GPIO模式，赋值为推挽输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //GPIO引脚，赋值为第0号引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //GPIO速度，赋值为50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将赋值后的构体变量传递给GPIO_Init函数
//函数内部会自动根据结构体的参数配置相应寄存器
//实现GPIOA的初始化
/*主循环，循环体内的代码会一直循环执行*/
while (1)
{
/*设置PA0引脚的高低电平，实现LED闪烁，下面展示3种方法*/
/*方法1：GPIO_ResetBits设置低电平，GPIO_SetBits设置高电平*/
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); //将PA0引脚设置为低电平
Delay_ms(500); //延时500ms
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); //将PA0引脚设置为高电平
Delay_ms(500); //延时500ms
/*方法2：GPIO_WriteBit设置低/高电平，由Bit_RESET/Bit_SET指定*/
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_RESET); //将PA0引脚设置为低电平
Delay_ms(500); //延时500ms
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_SET); //将PA0引脚设置为高电平
Delay_ms(500); //延时500ms
/*方法3：GPIO_WriteBit设置低/高电平，由数据0/1指定，数据需要强转为BitAction类型*/
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, (BitAction)0); //将PA0引脚设置为低电平
Delay_ms(500); //延时500ms
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, (BitAction)1); //将PA0引脚设置为高电平
Delay_ms(500); //延时500ms
}
}
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LED流水灯
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#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
int main(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启GPIOA的时钟
//使用各个外设前必须开启时钟，否则对外设的操作无效
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义结构体变量
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //GPIO模式，赋值为推挽输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All; //GPIO引脚，赋值为所有引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //GPIO速度，赋值为50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将赋值后的构体变量传递给GPIO_Init函数
//函数内部会自动根据结构体的参数配置相应寄存器
//实现GPIOA的初始化
/*主循环，循环体内的代码会一直循环执行*/
while (1)
{
/*使用GPIO_Write，同时设置GPIOA所有引脚的高低电平，实现LED流水灯*/
GPIO_Write(GPIOA, ~0x0001); //0000 0000 0000 0001，PA0引脚为低电平，其他引脚均为高电平，注意数据有按位取反
Delay_ms(100); //延时100ms
GPIO_Write(GPIOA, ~0x0002); //0000 0000 0000 0010，PA1引脚为低电平，其他引脚均为高电平
Delay_ms(100); //延时100ms
GPIO_Write(GPIOA, ~0x0004); //0000 0000 0000 0100，PA2引脚为低电平，其他引脚均为高电平
Delay_ms(100); //延时100ms
GPIO_Write(GPIOA, ~0x0008); //0000 0000 0000 1000，PA3引脚为低电平，其他引脚均为高电平
Delay_ms(100); //延时100ms
GPIO_Write(GPIOA, ~0x0010); //0000 0000 0001 0000，PA4引脚为低电平，其他引脚均为高电平
Delay_ms(100); //延时100ms
GPIO_Write(GPIOA, ~0x0020); //0000 0000 0010 0000，PA5引脚为低电平，其他引脚均为高电平
Delay_ms(100); //延时100ms
GPIO_Write(GPIOA, ~0x0040); //0000 0000 0100 0000，PA6引脚为低电平，其他引脚均为高电平
Delay_ms(100); //延时100ms
GPIO_Write(GPIOA, ~0x0080); //0000 0000 1000 0000，PA7引脚为低电平，其他引脚均为高电平
Delay_ms(100); //延时100ms
}
}
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蜂鸣器
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#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
int main(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //开启GPIOB的时钟
//使用各个外设前必须开启时钟，否则对外设的操作无效
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义结构体变量
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //GPIO模式，赋值为推挽输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; //GPIO引脚，赋值为第12号引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //GPIO速度，赋值为50MHz
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //将赋值后的构体变量传递给GPIO_Init函数
//函数内部会自动根据结构体的参数配置相应寄存器
//实现GPIOB的初始化
/*主循环，循环体内的代码会一直循环执行*/
while (1)
{
GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); //将PB12引脚设置为低电平，蜂鸣器鸣叫
Delay_ms(100); //延时100ms
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); //将PB12引脚设置为高电平，蜂鸣器停止
Delay_ms(100); //延时100ms
GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); //将PB12引脚设置为低电平，蜂鸣器鸣叫
Delay_ms(100); //延时100ms
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); //将PB12引脚设置为高电平，蜂鸣器停止
Delay_ms(700); //延时700ms
}
}
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按键控制LED
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//LED.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
/**
* 函 数：LED初始化
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void LED_Init(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启GPIOA的时钟
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将PA1和PA2引脚初始化为推挽输出
/*设置GPIO初始化后的默认电平*/
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2); //设置PA1和PA2引脚为高电平
}
/**
* 函 数：LED1开启
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void LED1_ON(void)
{
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1); //设置PA1引脚为低电平
}
/**
* 函 数：LED1关闭
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void LED1_OFF(void)
{
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1); //设置PA1引脚为高电平
}
/**
* 函 数：LED1状态翻转
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void LED1_Turn(void)
{
if (GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 0) //获取输出寄存器的状态，如果当前引脚输出低电平
{
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1); //则设置PA1引脚为高电平
}
else //否则，即当前引脚输出高电平
{
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1); //则设置PA1引脚为低电平
}
}
/**
* 函 数：LED2开启
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void LED2_ON(void)
{
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2); //设置PA2引脚为低电平
}
/**
* 函 数：LED2关闭
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void LED2_OFF(void)
{
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2); //设置PA2引脚为高电平
}
/**
* 函 数：LED2状态翻转
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void LED2_Turn(void)
{
if (GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_2) == 0) //获取输出寄存器的状态，如果当前引脚输出低电平
{
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2); //则设置PA2引脚为高电平
}
else //否则，即当前引脚输出高电平
{
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2); //则设置PA2引脚为低电平
}
}
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//Key.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
/**
* 函 数：按键初始化
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void Key_Init(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //开启GPIOB的时钟
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_11;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //将PB1和PB11引脚初始化为上拉输入
}
/**
* 函 数：按键获取键码
* 参 数：无
* 返 回 值：按下按键的键码值，范围：0~2，返回0代表没有按键按下
* 注意事项：此函数是阻塞式操作，当按键按住不放时，函数会卡住，直到按键松手
*/
uint8_t Key_GetNum(void)
{
uint8_t KeyNum = 0; //定义变量，默认键码值为0
if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0) //读PB1输入寄存器的状态，如果为0，则代表按键1按下
{
Delay_ms(20); //延时消抖
while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0); //等待按键松手
Delay_ms(20); //延时消抖
KeyNum = 1; //置键码为1
}
if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0) //读PB11输入寄存器的状态，如果为0，则代表按键2按下
{
Delay_ms(20); //延时消抖
while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0); //等待按键松手
Delay_ms(20); //延时消抖
KeyNum = 2; //置键码为2
}
return KeyNum; //返回键码值，如果没有按键按下，所有if都不成立，则键码为默认值0
}
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//main.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "LED.h"
#include "Key.h"
uint8_t KeyNum; //定义用于接收按键键码的变量
int main(void)
{
/*模块初始化*/
LED_Init(); //LED初始化
Key_Init(); //按键初始化
while (1)
{
KeyNum = Key_GetNum(); //获取按键键码
if (KeyNum == 1) //按键1按下
{
LED1_Turn(); //LED1翻转
}
if (KeyNum == 2) //按键2按下
{
LED2_Turn(); //LED2翻转
}
}
}
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光敏传感器控制蜂鸣器
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//LightSensor
#include "stm32f10x.h" // Device header
/**
* 函 数：光敏传感器初始化
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void LightSensor_Init(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //开启GPIOB的时钟
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //将PB13引脚初始化为上拉输入
}
/**
* 函 数：获取当前光敏传感器输出的高低电平
* 参 数：无
* 返 回 值：光敏传感器输出的高低电平，范围：0/1
*/
uint8_t LightSensor_Get(void)
{
return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_13); //返回PB13输入寄存器的状态
}
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//Buzz.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
/**
* 函 数：蜂鸣器初始化
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void Buzzer_Init(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //开启GPIOB的时钟
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //将PB12引脚初始化为推挽输出
/*设置GPIO初始化后的默认电平*/
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); //设置PB12引脚为高电平
}
/**
* 函 数：蜂鸣器开启
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void Buzzer_ON(void)
{
GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); //设置PB12引脚为低电平
}
/**
* 函 数：蜂鸣器关闭
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void Buzzer_OFF(void)
{
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); //设置PB12引脚为高电平
}
/**
* 函 数：蜂鸣器状态翻转
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void Buzzer_Turn(void)
{
if (GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_12) == 0) //获取输出寄存器的状态，如果当前引脚输出低电平
{
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); //则设置PB12引脚为高电平
}
else //否则，即当前引脚输出高电平
{
GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); //则设置PB12引脚为低电平
}
}
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//main.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "Buzzer.h"
#include "LightSensor.h"
int main(void)
{
/*模块初始化*/
Buzzer_Init(); //蜂鸣器初始化
LightSensor_Init(); //光敏传感器初始化
while (1)
{
if (LightSensor_Get() == 1) //如果当前光敏输出1
{
Buzzer_ON(); //蜂鸣器开启
}
else //否则
{
Buzzer_OFF(); //蜂鸣器关闭
}
}
}
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