一、什么是GPIO

GPIO(英語:General-purpose input/output)，通用型之輸入輸出的簡稱，可以用來輸入高低電平或者輸出高低電平。這里的高電平指的是3.3V，低電平指的是0V。通常稱GPIO為IO口，或者引腳。

STM32F103ZET6有GPIOx_0~GPIOx_15，其中x = A,B,C,D,E,F,G。

二、GPIO的輸入/輸出模式

GPIO有多種輸入輸出模式，輸入模式有

• ? 輸入浮空 輸入浮空指的是GPIO與外設(shè)之間既不接高電平，也不接低電平，呈高阻態(tài)。除了類似于在數(shù)據(jù)傳輸時將GPIO配置為輸入浮空外，一般不配置為該模式。因為輸入浮空狀態(tài)的GPIO電壓具有不確定性，可能是0V，也可能是VCC，或者是介于0V和VCC之間的某一個值。
• ? 輸入上拉 輸入上拉是通過一個上拉電阻，將GPIO拉至高電平狀態(tài)，不受外接電路的影響。
• ? 輸入下拉 輸入下拉是通過一個下拉電阻，將GPIO拉至低電平，不受外接電路的影響。
• ? 模擬輸入 模擬輸入模式通常用在ADC采集，采集模擬信號。

輸出模式有

• ? 開漏輸出
• ? 推挽式輸出
• ? 推挽式復(fù)用功能
• ? 開漏復(fù)用功能

對于一些輸出模式這里就不再做詳細介紹了，貼一篇大佬的文章深刻理解GPIO。這些模式在接下來的學(xué)習(xí)過程中會慢慢的介紹這些模式需要在什么時候使用，這里只需要知道就夠了。

三、GPIO初始化配置

本專欄介紹的是使用庫函數(shù)進行開發(fā)，很多內(nèi)容都是庫函數(shù)提供的，相對來講非常方便。在初始化GPIO時有一個結(jié)構(gòu)體，只需要對這個結(jié)構(gòu)體進行配置即可。結(jié)構(gòu)體中包括想要配置的GPIO引腳，GPIO速度，GPIO工作模式。

初始化GPIO的步驟主要有

• ? 定義GPIO結(jié)構(gòu)體
• ? 開啟時鐘 GPIO工作需要提供時鐘信號，在初始化結(jié)構(gòu)體之前需要將時鐘打開
• ? 配置結(jié)構(gòu)體成員 GPIO_Pin是想要配置的IO，GPIO_Speed，通常寫GPIO_Speed_50MHz，GPIO_Mode是IO的工作模式
• ? 寫入配置

GPIO的工作模式在程序中有定義

typedef enum
{ GPIO_Mode_AIN = 0x0,   // 模擬輸入
  GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,   // 輸入浮空
  GPIO_Mode_IPD = 0x28,   // 輸入下拉
  GPIO_Mode_IPU = 0x48,   // 輸入上拉
  GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,   // 開漏輸出
  GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,   // 推挽式輸出
  GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,   // 開漏復(fù)用功能
  GPIO_Mode_AF_PP = 0x18   // 推挽式復(fù)用功能
}GPIOMode_TypeDef;

初始化GPIO的例程如下

void Drv_Gpio_Init (void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;   // 定義結(jié)構(gòu)體
    // 開啟時鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

    // 配置結(jié)構(gòu)體
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_8;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 配置結(jié)構(gòu)體
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

這里初始化的是PA0，PA8和PB1，PB2。在開啟時鐘不必要寫兩遍相同的代碼用來初始化GPIOA和GPIOB的時鐘。寫一句，用“ | ”同時開啟兩個GPIO的時鐘。寫Pin時也同理。

四、Boot引腳

這里簡單介紹一下Boot引腳的配置，對于只是利用核心板編寫程序的小伙伴來說Boot引腳的存在感較低，但是當我們需要繪制硬件電路圖時，Boot引腳怎么連接就顯得很重要。中文參考手冊中介紹如下

中文參考手冊Boot引腳介紹

這里簡單說一下本人經(jīng)歷得來的經(jīng)驗。如果想使用USB轉(zhuǎn)TTL通過串口下載程序，Boot0需要通過KΩ級電阻接VCC，Boot1接地。下載完程序后再將Boot0接地。需要注意的是這個KΩ級別的電阻最好用10KΩ左右電阻，如果電阻太大會導(dǎo)致下載失敗。

由于本人在使用自制板時只使用過串口下載，所以對于用調(diào)試器下載需要怎么配置Boot引腳，未測試。

五、一些特殊的GPIO

在使用GPIO時需要注意一些特殊的GPIO，否則你會疑惑，為什么一些引腳的高低電平無法控制。其實有些GPIO在上電后就有自己的默認設(shè)置，會穩(wěn)定在高電平或者低電平。比如用作JTAG的幾個GPIO——PB3，PB4，PA13，PA14和PA15。這幾個GPIO在上電后就已經(jīng)默認用作JTAG，即使用上面的GPIO初始化程序?qū)⑦@幾個引腳初始化后，依舊無法控制（無法正常用程序拉高拉低）。

這個時候我們需要對這幾個GPIO進行復(fù)用重映射，關(guān)掉其默認的功能，才能作為普通的GPIO使用。針對JTAG/SWD復(fù)用功能重映射，中文參考手冊描述如下

中文參考手冊關(guān)于JTAG/SWD引腳的描述

圖中說明這幾個GPIO有幾種模式，完全SWJ，表中的五個IO均不可作為普通IO使用。完全SWJ但是沒有JNTRST，PB3和PB4可用，依此解讀。上圖是針對寄存器開發(fā)描述的內(nèi)容，使用庫函數(shù)開發(fā)時有封裝好的函數(shù)，但是需要注意的是需要提前開啟AFIO時鐘（對于AFIO是指什么，大家可以自行了解）。使用庫函數(shù)開發(fā)時針對特殊引腳進行重映射的操作步驟為

• ? 定義GPIO結(jié)構(gòu)體
• ? 開啟GPIO時鐘和AFIO時鐘
• ? 重映射引腳（根據(jù)所需情況設(shè)定引腳模式）
• ? 配置GPIO結(jié)構(gòu)體初始化GPIO

庫函數(shù)中提供了可以選擇的三種引腳模式

GPIO_Remap_SWJ_NoJTRST          // 完全SWJ（恢復(fù)引腳的默認功能）
GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable      // 關(guān)閉JTAG，啟用SW-DP
GPIO_Remap_SWJ_Disable          // 關(guān)閉JTAG-DP，關(guān)閉SW-DP

提供了一個函數(shù)，可以進行重映射操作

void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalState NewState);

當需要使用到上述的五個GPIO時，初始化程序需要修改，舉例如下

void Drv_Gpio_Init (void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;   // 定義結(jié)構(gòu)體
    // 開啟時鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | 
                           RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

    // 關(guān)閉JTAG-DP，關(guān)閉SW-DP
    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_Disable,ENABLE);
    
    // 配置結(jié)構(gòu)體
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 配置結(jié)構(gòu)體
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

STM32F103ZET6芯片GPIO資源較為豐富，平時開發(fā)時盡量不要使用這幾個特殊引腳。

六、點亮LED

學(xué)習(xí)完GPIO后我們就可以利用GPIO進行一些簡單的操作，比如點亮LED，使用蜂鳴器，用IO驅(qū)動小黃電機，檢測按鍵等。

點亮LED比較簡單，但是也有一些需要注意的點

• ? 根據(jù)硬件電路確定LED是高電平點亮還是低電平點亮
• ? 初始化GPIO后要先將所有的LED

6.1 硬件電路

下圖所示電路中，LED右側(cè)接3.3V，左側(cè)接IO口。此時如果想點亮LED，需要將對應(yīng)的IO電平拉低。相反如果右側(cè)接的是地，如果想要點亮LED，需要將對應(yīng)IO電平拉高。

LED電路

6.2 拉高/拉低GPIO

如何將GPIO電平拉高拉低？庫函數(shù)提供了封裝好的函數(shù)

// 設(shè)置為高電平
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

// 設(shè)置為低電平
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

6.3 程序設(shè)計

點亮LED很簡單，只需要初始化相應(yīng)的GPIO，輸入模式設(shè)置為推挽式輸出，然后設(shè)定電平即可。

這里給出點亮LED的例程，LED電路為一側(cè)接3.3V，另一側(cè)接GPIO。

這里給出的只是一些必要的函數(shù)，如果需要工程模板可私信聯(lián)系。

需要注意的是，初始化GPIO時需要開啟時鐘，開啟時鐘之前需要確認GPIO掛載的總線。

/*
 *==============================================================================
 *函數(shù)名稱：Drv_Led_Init 
 *函數(shù)功能：初始化LED的GPIO
 *輸入參數(shù)：無
 *返回值：無
 *==============================================================================
*/
void Drv_Led_Init (void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;   // 定義結(jié)構(gòu)體
    // 開啟時鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);

    // 配置結(jié)構(gòu)體
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);   // 熄滅LED
}

/*
 *==============================================================================
 *函數(shù)名稱：Med_Led_On 
 *函數(shù)功能：點亮LED
 *輸入?yún)?shù)：無
 *返回值：無
 備注：如果有多個LED可以定義一個結(jié)構(gòu)體或者使用swtich，增加一個輸入變量
      來確定開啟哪個LED
 *==============================================================================
*/
void Med_Led_On (void)
{
    GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);   // 熄滅LED
}

七、GPIO的位帶操作

對于什么是“位帶”這里就不做解釋了，大家可以自行搜索。這里只介紹如何使用。位帶操作可以使操作GPIO變得更加簡單。在模板程序的sys.h文件中已經(jīng)定義好了各個IO的位帶操作所需內(nèi)容

//IO口操作,只對單一的IO口!
//確保n的值小于16!
#define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  //輸出 
#define PAin(n)    BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)  //輸入 

#define PBout(n)   BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)  //輸出 
#define PBin(n)    BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n)  //輸入 

#define PCout(n)   BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n)  //輸出 
#define PCin(n)    BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n)  //輸入 

#define PDout(n)   BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n)  //輸出 
#define PDin(n)    BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n)  //輸入 

#define PEout(n)   BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n)  //輸出 
#define PEin(n)    BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n)  //輸入

#define PFout(n)   BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)  //輸出 
#define PFin(n)    BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)  //輸入

#define PGout(n)   BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n)  //輸出 
#define PGin(n)    BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n)  //輸入

有了位帶操作后，就不需要再使用前面介紹的拉高拉低函數(shù)來操作GPIO。比如需要拉d低PA1

PAout(1) = 0;   // 拉低PA1

有了位帶操作后也可以對GPIO進行宏定義，用自己想要的名字來操作它。還是拿上面的拉低PA1舉例

#define LED   PAout(1)   // 將PA1宏定義為LED

LED = 1;   // 拉高PA1
LED = 0;   // 拉低PA1