[嵌入式]STM32单片机GPIO口简介

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本篇主要介绍STM32单片机的GPIO口基本概念和GPIO 寄存器的使用

参考资料

1. 【51/STM32】详解单片机GPIO口输入输出的各种模式
2. markdown常见问题——如何制作较复杂的表格
3. GPIO的8种工作模式详解
4. stm32端口复用和重映射

目录

一、STM32单片机的IO口结构
二、GPIO的8种工作模式详解
三、GPIO寄存器控制
四、端口初始化
五、端口复用
六、端口重映射

一、STM32单片机的IO口结构

STM32单片机的IO口与51单片机相比较为复杂，使用前必须操作相关寄存器完成对IO口的初始化配置（单片机内部会选择不同的硬件电路连接）。IO口一共是8种模式，分别为4输入 + 2 输出 + 2 复用输出，以下是八种模式的概念和工作原理：
1、基本概念

开漏输出和推挽输出的区别

二、GPIO的8种工作模式详解

三、GPIO寄存器控制

STM32 的每个 IO 端口都有 7 个寄存器来控制。他们分别是：

根据数据手册中列出的每个I/O端口的特定硬件特征， GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式。大家如果想要了解每个寄存器的详细使用方法，可以参考《STM32 中文参考手册 V10》P105~P129。这边仅介绍GPIO口的初始化用到的寄存器
CRL 和 CRH 控制着每个 IO 口的模式及输出速率。

接下来我们看看端口低配置寄存器 CRL 的描述

从上图还可以得出：STM32 的 CRL 控制着每组 IO 端口（A~G）的低 8 位的模式。而高 8位输出口由CRH 控制，作用完全一样，这里不介绍，每个 IO 端口的位占用 CRL 的 4 个位，高两位为 CNF，低两位为 MODE。比如 0X3 表示推挽输出模式（做输出口用，50M 速率）、0XB 表示复用输出（使用 IO 口的第二功能，50M 速率）。
下面我们讲解一下怎样通过固件库设置 GPIO的相关参数和输出

四、端口初始化

在固件库开发中，操作寄存器 CRH 和 CRL 来配置 IO 口的模式和速度是通过文件STM32f10x_gpio.h中GPIO 初始化函数完成

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)；

这个函数有两个参数，第一个参数是用来指定 GPIO，取值范围为 GPIOA~GPIOG。
第二个参数为初始化参数结构体指针，结构体类型为 GPIO_InitTypeDef。下面我们看看这个结构体的定义：

typedefstruct
{ uint16_t GPIO_Pin;
 GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;
 GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;
}GPIO_InitTypeDef;

下面我们通过一个 GPIO 初始化实例来讲解这个结构体的成员变量的含义。
通过初始化结构体初始化 GPIO 的常用格式是：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//定义一个该结构体类型变量
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13; // PC.13 端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//速度 50MHz
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);//根据设定参数配置 GPIO

上面代码的意思是设置 GPIOC 的第 13 个端口为推挽输出模式，同时速度为 50M。从上面初始化代码可以看出，结构体 GPIO_InitStructure 的第一个成员变量 GPIO_Pin 用来设置是要初始化哪个或者哪些 IO 口；第二个成员变量 GPIO_Mode 是用来设置对应 IO 端口的输出输入模式（8种），第三个参数是 IO 口速度设置（三个可选值）
总结：

叶柄 GPIO_InitTypeDef 引出叶片GPIO_InitStructure
叶片配置  GPIO_InitStructure
生长在树干GPIO_Init（）函数中

五、 端口复用

STM32 有很多的内置外设，这些外设的外部引脚都是与 GPIO 复用的。简单来说就是作为第二功能，当作第二功能时就叫做复用。这部分知识在《STM32 中文参考手册 V10》的 P109，P116~P121 有详细的讲解哪些GPIO 管脚是可以复用为哪些内置外设的。这里我们就不一一讲解。这里以=串口为例=
比如说 STM32F103C8T6 有串口1，我们可以查手册知道，PA9,PA10 引脚作为串口 1 的 TX,RX 引脚使用的时候，那就是端口复用。串口 1 复用管脚如下表

复用端口初始化步骤：
1） GPIO 端口时钟使能。要使用到端口复用，当然要使能端口的时钟了。

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

2） 复用的外设时钟使能。比如你要将端口 PA9,PA10 复用为串口，所以要使能串口时钟。

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

3） 端口模式配置即端口初始化。 在 IO 复用位内置外设功能引脚的时候，必须设置 GPIO 端口的模式，至于在复用功能下 GPIO 的模式是怎么对应的，这个可以查看手册《STM32 中文参考手册 V10》P110 的表格“8.1.11 外设的 GPIO 配置”。这里我们拿 Usart1 举例：

串口复用 GPIO 配置从以上表格中可以看出，我们要配置全双工的串口 1，那么 TX 管脚需要配置为推挽复用输出，RX 管脚配置为浮空输入或者带上拉输入。

//USART1_TX PA.9 复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//USART1_RX PA.10 浮空输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

上面代码的含义在我们的做第一个点亮LED实验之后大家自然会了解
总结：我们在使用复用功能的是时候，最少要使能 2 个时钟：

1） GPIO 时钟使能
2） 复用的外设时钟使能

同时要初始化 GPIO 以及复用外设功能（AF）

六、 端口重映射

为了使不同器件封装的外设 IO 功能数量达到最优，可以把一些复用功能重新映射到其他一些引脚上。即一个外设的引脚除了具有默认的端口外，还可以通过设置重映射寄存器的方式，把这个外设的引脚映射到其它的端口。简单来说就是将某引脚第二功能也赐予其他的引脚，但不是随随便便赐予（映射），具体对应关系《STM32 中文参考手册 V10》的 P116 页“8.3 复用功能和调试配置”有讲解。这里同样拿串口 1 为例来讲解。

从表中可以看出，默认情况下，串口 1 复用的时候
的引脚位 PA9,PA10，同时我们可以将 TX 和 RX 重新映射到管脚 PB6 和 PB7 上面去。
所以重映射我们同样要使能复用功能的时候讲解的 2 个时钟外，还要使能 AFIO 功能时钟，然后
要调用重映射函数。详细步骤为：
1）使能 GPIOB 时钟：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

2）使能串口 1 时钟：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

3）使能 AFIO 时钟：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

4）开启重映射：

GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART1, ENABLE);

这样就将串口的 TX 和 RX 重映射到管脚 PB6 和 PB7 上面了。至于有哪些功能可以重映射，大家除了查看中文参考手册之外，还可以从在 stm32f10x_gpio.h 文件中GPIO_PinRemapConfig 函数入手查看第一个入口参数的取值范围可以得知。
注意:
串口中 USART3,存在部分重映射和完全重映射。所谓部分重映射就是部分管脚和默认的是一样的，而部分管脚是重新映射到其他管脚。而完全重映射就是所有管脚都重新映射到其他管脚。自行查看手册中的 USART3 重映射表，这里只是对重映射概念做个简要的描述
总结：我们在使用重映射功能的是时候，就最少要使能 3个时钟：

1）复用所需时钟
2）重映射时钟
同时要初始化 GPIO 并开启映射  

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