STM32 CubeMX 学习：001-GPIO的使用

背景

在上一讲STM32 CubeMX 学习：搭建开发环境中，我们已经利用CubeMx搭建了可编译的工程。

今天就开始来介绍STM32 GPIO的有关知识，以及如何驱动它。

HOST-OS : Windows-10

STM32 Cube ：v5.6

MCU : STM32F429

LIB : stm32cube_fw_f4_v1250

知识

在STM32中，GPIO可以被用作：

• 中断源(GPIO_MODE_IT)和事件源(GPIO_MODE_EVT)
• 接收模拟量(GPIO_MODE_ANALOG)
• 复用I/O，(比如可以被作为串口模块使用，要用GPIO_MODE_AF_x来设置)
• 设置输入或者输出

当作为输入或者输出时，GPIO有这些属性：输入输出方向；也可以设置速度，上下拉，推挽开漏等电器特性。

在Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Inc/stm32f4xx_hal_gpio.h中有关于 GPIO属性的 定义。

/**
  * @brief GPIO Init structure definition
  */
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 */

  uint32_t Alternate;  /*!< Peripheral to be connected to the selected pins.
                            This parameter can be a value of @ref GPIO_Alternate_function_selection */
}GPIO_InitTypeDef;

Pin ： 指定的引脚号，右值表达式可以是 GPIO_PIN_0 ~ GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_All 任意相或

Mode： 引脚的模式(作为中断时还有更多的选项)

• GPIO_MODE_INPUT　　　　　　 浮空输入模式：电平状态取决于GPIO外部的电平状态；若在GPIO外部的引脚悬空时，读取结果是不确定的。
• GPIO_MODE_OUTPUT_PP　　　　推挽(Pull)输出模式（输出较大电流）：推拉输出 既提高电路的负载能力，又提高开关速度。
• GPIO_MODE_OUTPUT_OD　　　　开漏(Drain)输出模式（一般外接上拉电阻，如果外部不接上拉电阻只能输出低电平），可用于不同电压的系统之间的通信
• GPIO_MODE_AF_PP 　　　　　　复用推挽输出模式
• GPIO_MODE_OUTPUT_OD　　　　复用开漏输出模式
• GPIO_MODE_ANALOG　　　　　 复用模拟输入输出模式（ADC/DAC专用）

Pull：上/下拉模式

• GPIO_NOPULL　　 无(针对输出模式)
• GPIO_PULLUP　　 上拉输入(针对输入模式)
• GPIO_PULLDOWN 下拉输入(针对输入模式)

假设有一个GPIO口接到了 一个按键的一端，在此时：

• 如果按键的右端接正电源，那么就要 为 GPIO_PULLDOWN(下拉模式)，因为这样才能使得按键按下去的时候，能把I / O脚拉高，否则按键的功能等于摆设。
• 同理，如果按键另一端接地，我们就要设置为GPIO_PULLUP(上拉模式)了。

Speed：IO口速率（I/O口驱动电路的响应速度）

当STM32的GPIO端口设置为输出模式时，有三种速度可以选择：2MHz、10MHz和50MHz，通过选择速度来选择不同的驱动电路，达到最佳的噪声控制和降低功耗的目的。（高频的驱动电路，噪声也高，当不需要高的输出频率时，请选用低频驱动电路，这样非常有利于提高系统的EMI性能。）

STM32F429的端口输出速率为括号内容：

• GPIO_SPEED_LOW; 　　 （2）　　 2MHz注意：
• GPIO_SPEED_MEDIUM;　 （25）　 12.5MHz ~ 50MHz
• GPIO_SPEED_FAST;　　 （50）　　25MHz ~ 100 MHz
• GPIO_SPEED_HIGH;　　 （100）　 50MHz ~ 200MHz

Alternate：复用功能

本节课不讲。

CubeMx对GPIO的配置

注意，使用GPIO之前需要配置相应的时钟。当配置了引脚而显示了RCC，证明需要RCC没有配置好。

1）在Pinout& Confiurgation页的Pinout view中，点击引脚，设置为GPIO_Input或GPIO_Output。

2）点击左栏的GPIO，选择配置的引脚，在界面下方中部靠左的位置可以看到 类似PF4 Configuration这一栏，根据引脚输入输出类型的不同，有这些选项

• GPIO output level(初始化输出电平)
• GPIO mode(模式)
• GPIO Pull-up/Pull-down(上下拉)
• Maximum output speed (输出响应速度)
• User Label(用户标签): 可以标记这个引脚是做什么用的，提高可读性。

3）点击右上角的GENERATE CODE生成工程

4）使用外部的工具链编译工程，确保没有问题。

代码分析

我们看关键函数

初始化

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief GPIO Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);

  /*Configure GPIO pin : PF0 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pin : PF4 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pin : PF5 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;
  HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);

}

读写有关api

读取引脚

GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
返回值： GPIO_PIN_SET(1) 或者 GPIO_PIN_RESET(0)

参数:
    GPIOx : 端口，可以是 GPIOA ~ GPIOK
    GPIO_Pin：引脚，可以是 GPIO_PIN_0 ~ GPIO_PIN_15

范例：
    // 将 GPIOF 的 Pin5 设置为 低电平
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);

设置引脚

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

    // 翻转引脚电平
    void HAL_GPIO_TogglePin (GPIO_TypeDef * GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

参数:
    GPIOx : 端口，可以是 GPIOA ~ GPIOK
    GPIO_Pin：引脚，可以是 GPIO_PIN_0 ~ GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_All 任意相或
    PinState：电平状态, GPIO_PIN_SET(1) 或者 GPIO_PIN_RESET(0)