STM32学习笔记——GPIO

单片机型号STM32F407VET6。

概述

GPIO的分类：

• 可接受5V输入的（FT），绝大多数引脚都是；

• 只能接受3.3V输入的（TTa），只有PA4和PA5，就是DAC输出的两个引脚；

• 其他，包括BOOT0和NRST这两个特殊功能的引脚。

GPIO不仅可以用作GPIO，每个GPIO都有复用功能（alternate function，AF）和附加功能（additional function），AF用GPIOx_AFR来配置，附加功能用外设中的寄存器。

一组GPIO为16个，从Px0到Px15，x为A到I，有些封装上有些引脚不存在。

GPIO的功能主要有4类：

• 输出，推挽（push-pull，PP）或开漏（open-drain，OD），可选上拉（pull-up，PU）或下拉（pull-down，PD），4档速度；

• AF，细节同上；

• 输入，可选上拉或下拉；

• 模拟，用于ADC和DAC。

HAL

HAL把外部中断也归到了GPIO中，这里暂且不涉及外部中断。

初始化这种事情我都交给STM32CubeMX来完成（STM32CubeIDE内置）。我已经初步领略到HAL的设计思想，以后专门开一篇写。

GPIO有以下函数：

• HAL_GPIO_Init()：初始化一组GPIO中的一个或多个；

• HAL_GPIO_DeInit()：把一组GPIO中的一个或多个还原为复位状态；

• HAL_GPIO_ReadPin()：读引脚电平，返回GPIO_PinState枚举类型，可能值为GPIO_PIN_RESET = 0和GPIO_PIN_SET = 1；

• HAL_GPIO_WritePin()：写引脚电平，是原子操作，允许中断发生；

• HAL_GPIO_TogglePin()：翻转引脚电平；

• HAL_GPIO_LockPin()：锁定引脚配置，在复位前不可修改，引脚电平还可以写。

#include "main.h"
#include <stdbool.h>
int main(void)
{
  bool prev = true;
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  while (1)
  {
    if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
      HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    else
      HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_SET);
    bool now = HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin) == GPIO_PIN_RESET;
    if (!prev && now)
      HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin);
    prev = now;
    HAL_Delay(1);
  }
}

（STM32CubeMX生成的代码是两格缩进的，这让我非常不爽！）

LED0和LED1分别连接到PA6和PA7，低电平亮；KEY0和KEY1分别连接到PE4和PE3，上拉。程序的功能为：KEY0按下时LED0亮，松开熄灭；KEY1按下时切换LED1的亮暗状态。

寄存器

每一组GPIO都有10个寄存器：

• GPIOx_MODER，32位，2位MODERy[1:0]一组（y为0到15，下同），设置GPIO模式；

• GPIOx_OTYPER，16位，1位OTy一组，设置GPIO输出类型；

• GPIOx_OSPEEDR，32位OSPEEDRy[1:0]，设置GPIO输出速度；

• GPIOx_PUPDR，32位PUPDRy[1:0]，设置上拉下拉；

• GPIOx_IDR，16位IDRy，读取输入电平；

• GPIOx_ODR，16位ODRy，设置输出电平；

• GPIOx_BSRR，低16位BSy，写1把GPIOx_ODR中对应位置1；高16位BRy，写1把GPIOx_ODR中对应位清0；同时写1时BSy优先；

• GPIOx_LCKR：低16为LCKy，第16位LCKK，需要一个特定的写入过程（参考datasheet或HAL_GPIO_LockPin实现），可以锁定GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR、GPIOx_PUPDR、GPIOx_AFRL、GPIOx_AFRH这6个控制寄存器中的对应位；

• GPIOx_AFRL和GPIOx_AFRH，4位AFRHy[3:0]为一组，设置复用输出。

GPIO的输出级有一个NMOS和一个PMOS：

• 在推挽输出模式下，ODRx为0，NMOS导通；ODRx为1，PMOS导通；

• 在开漏输出模式下，ODRx为0，NMOS导通；ODRx为1，高阻态；PMOS都不会导通。

开漏输出的应用有矩阵键盘和I²C等，需要上拉电阻，通常用内置的即可。

用寄存器重写上面的程序：

#include "main.h"
#include <stdbool.h>

#define LED0_Bit 6
#define LED1_Bit 7
#define KEY0_Bit 4
#define KEY1_Bit 3

int main(void)
{
  bool prev = true;
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  LED0_GPIO_Port->ODR |= 1 << LED0_Bit;
  LED0_GPIO_Port->MODER |= 0b01 << (LED0_Bit * 2);
  LED1_GPIO_Port->ODR |= 1 << LED1_Bit;
  LED1_GPIO_Port->MODER |= 0b01 << (LED1_Bit * 2);
  __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
  KEY0_GPIO_Port->PUPDR |= 0b01 << (KEY0_Bit * 2);
  KEY1_GPIO_Port->PUPDR |= 0b01 << (KEY1_Bit * 2);
  while (1)
  {
    if (!(KEY0_GPIO_Port->IDR & 1 << KEY0_Bit))
      LED0_GPIO_Port->BSRR = 1 << (16 + LED0_Bit);
    else
      LED0_GPIO_Port->BSRR = 1 << LED0_Bit;
    bool now = !(KEY1_GPIO_Port->IDR & 1 << KEY1_Bit);
    if (!prev && now)
      LED1_GPIO_Port->ODR ^= 1 << LED1_Bit;
    prev = now;
    HAL_Delay(1);
  }
}

只把GPIO相关的改成了寄存器操作，时钟之类的还是用的HAL。