STM32F103ZET6 GPIO的使用

1、GPIO简介

　　STM32F103ZET6有多个GPIO组，如GPIOA、GPIOB、GPIOC...等等。每个GPIO组具有16个IO口。

　　GPIO组的寄存器都是类似的，每个GPIO组都有2个32位的配置寄存器、2个32位的数据寄存器、1个32位的置位/复位寄存器、1个16位复位寄存器和1个32位锁定寄存器。

　　STM32的很多IO口都是5V兼容的，具体哪些IO口是5V兼容的，可以从芯片的数据手册管脚描述中查到，在手册的IO Level中标FT的就是5V电平兼容的。

2、GPIO配置

　　STM32F103ZET6可以通过配置寄存器CRH和CRL将IO配置成不同的功能。IO具有以下几种不同的模式：

• • 输入浮空
  • 输入下拉
  • 输入上拉
  • 模拟输入
  • 开漏输出
  • 推免式输出
  • 推免式复用功能
  • 开漏复用功能　　

　　CRH和CRL寄存器的每4个BIT用来配置一个IO的功能，CRL用来配置低8位IO的功能，CRH用来配置高8位IO的功能。

　　CNF1、CNF0、MODE1、MODE0这4个位组成了1个IO的配置位，如GPIOF0的配置位CNF1、CNF0、MODE1、MODE0这些位位于CRL寄存器中的BIT3~BIT0；GPIOF1的配置位CNF1、CNF0、MODE1、MODE0这些位位于CRL寄存器中的BIT7~BIT4；而GPIOF8的配置位CNF1、CNF0、MODE1、MODE0这些位位于CRH寄存器中的BIT3~BIT0；以此类推。CRH和CRL这两个寄存器总共有64个BIT，总共组成了16个IO的配置位。

　　IO口的配置表如下：

　　MODE1和MODE0是用来配置IO的输入、输出状态；CNF1和CNF0则是根据IO口的输入和输出状态的不同配置不同的IO功能。

　　在配置IO的时候，首先通过MODE1和MODE0配置IO是输入还是输出，再通过CNF1和CNF0配置IO是什么功能的输入或输出。

　　通过CNF1、CNF0、MODE1、MODE0这些位可以将IO设置成上拉/下拉输入，但是具体是设置成上拉输入还是下拉输入，并不是根据这4个位来决定的。IO口是通过ODR数据寄存器来区分到底是设置成上拉输入还是下拉输入。如果IO口的ODR被置为1，则IO口被设置为上拉输入；如果IO口的ODR被清为0，则IO口被设置为下拉输入。

　　CNF1、CNF0、MODE1、MODE0配置位功能如下：

　　MODE1和MODE0控制IO的输入和输出：

• • • [MODE1、MODE0] = 00 设置为输入。
    • [MODE1、MODE0] = 01 设置为输出，速率为10MHZ。
    • [MODE1、MODE0] = 10 设置为输出，速率为20MHZ。
    • [MODE1、MODE0] = 11 设置为输出，速率为50MHZ。

　　CNF1、CNF0则需要根据IO是输入还是输出来区分：

　　　　IO设置为输入时：

• • • • [CNF1、CNF0] = 00 设置为模拟输入。
      • [CNF1、CNF0] = 01 设置为浮空输入。
      • [CNF1、CNF0] = 10 设置为上拉/下拉输入。
      • [CNF1、CNF0] = 11保留。

　　　　IO设置为输出时：

• • • • [CNF1、CNF0] = 00 设置为通用推免输出。
      • [CNF1、CNF0] = 01 设置为通用开漏输出。
      • [CNF1、CNF0] = 10 设置为复用功能推免输出。
      • [CNF1、CNF0] = 11 设置为复用功能开漏输出。

3、GPIO的复位状态

　　芯片在上电复位后，大部分IO口的模式默认为浮空输入模式。但是有些IO比较特殊，比如PA15、PA14、PA13、PB4、PB3等IO，这些IO是JTAG和SWIO调试下载口，芯片复位后，这些IO就被默认成了JTAG和SWIO等功能，也就是说芯片复位后，PA15、PA14、PA13、PB4、PB3等IO并不能通过常规的配置设置成相应的功能。如果需要使用这些口的IO口功能，则必须将这些IO功能重新映射为GPIO口。

　　需要注意的是如果将PA15、PA14、PA13、PB4、PB3等口重映射为GPIO口后，则不能用调试器调试程序，而且也不能下载程序，只有通过复位芯片，使这些IO口的功能处于复位默认功能，才能下载程序。

　　复位后，PA15、PA14、PA13、PB4、PB3这些引脚被配置成如下模式：

• • PA15：JTDI被置为上拉输入模式。
  • PA14：JTCK/SWCLK被置为下拉输入模式。
  • PA13：JTMS/SWDIO被置为上拉输入模式。
  • PB4：JNTRST被置为上拉输入模式。
  • PB3：JTDO

4、GPIO锁定机制

　　GPIO的锁定机制允许冻结IO口的配置。当在一个端口位上通过LCKR寄存器执行了锁定（LOCK）程序，在下一次复位之前，将不能再更改端口位的配置。

5、外设的GPIO配置

　　可以在中文参考手册的GPIO介绍章节查到外设的GPIO设置，比如说如果要使用USART_TX功能，需要将USART_TX脚位配置成什么状态，可以在参考手册中查到。

6、GPIO寄存器

　　CRH和CRL是GPIO的配置寄存器，用来配置IO的功能。

　　IDR是GPIO的输入数据寄存器。通过IDR寄存器可以读出IO的状态。需要注意的是IDR寄存器只能以字（16位）的形式读出。

　　ODR是GPIO的输出数据寄存器。通过ODR寄存器可以输出高低电平。

　　BSRR是GPIO的端口位设置/清除寄存器。BSRR寄存器的高16位是清除IO位，低16位是置位IO位。需要注意的是BSRR只有在写入1的时候，相应的功能才有作用，写入0是无效的。

　　BRR是GPIO的端口位清除寄存器。BRR基础只有在写入1的时候，相应的功能才有作用，写入0无效。

　　LCKR是GPIO的端口配置锁定寄存器。LCKR寄存器用来锁定IO口的配置，设置后，除了复位后不能再配置IO的状态。

7、HAL库操作GPIO

　　以下面的程序为例说明：

void GPIO_Init(void)
{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

    __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_RESET);
}

　　首先定义一个GPIO_InitTypeDef结构体。

　　在操作GPIO口之前，需要先使能GPIO的时钟。在HAL库中，是通过宏定义的方式使能或失能相应外设时钟的。一般在stm32f1xx_hal_rcc_ex.h文件当中。如果不知道某个外设的时钟是在哪个寄存器使能的，可以通过stm32f1xx_hal_rcc_ex.h查看对应的时钟使能程序。

　　HAL_GPIO_Init函数是GPIO初始化函数，通过传入的参数来配置IO的功能。

　　GPIO_InitStruct.Pin选择要设置的IO脚。

　　GPIO_InitStruct.Mode选择要设置的功能。

　　GPIO_InitStruct.Pull选择设置上拉或下拉或无上下拉。

　　GPIO_InitStruct.Speed选择设置IO口的速度。

　　在HAL库中GPIO的函数被封装在stm32f1xx_hal_gpio.c文件中，可以在该文件中查看每个函数是如何实现和使用的。

　　GPIO重映射使能和失能

　　在HAL库中，GPIO重映射的使能和失能被封装成了宏，可以在stm32f10xx_hal_gpio_ex.h文件当中查看。

　　比如调试接口重映射成GPIO口：

　　　　PA15、PA14、PA13、PB4、PB3这几个口是调试接口脚，芯片复位的时候，将它们的功能默认为调试接口的功能，如果不重映射，它们将不能用来作为IO口功能被操作。

　　　　通过配置AFIO_MAPR寄存器的SWJ_CFG[2:0]位，可以设置PA15、PA14、PA13、PB4、PB3是调试接口还是GPIO口。

    __HAL_AFIO_REMAP_SWJ_ENABLE();//将PA15、PA14、PA13、PB4、PB3全部设为调试接口

    __HAL_AFIO_REMAP_SWJ_NONJTRST();//将PA15、PA14、PA13、PB3设为调试接口，而PB4为IO口

    __HAL_AFIO_REMAP_SWJ_NOJTAG();//将PA15、PA14、PA13设为调试接口，而PB4、PB3为IO口

    __HAL_AFIO_REMAP_SWJ_DISABLE();//将PA15、PA14、PA13、PB4、PB3全部设为IO口
    

8、通过STM32CubeMX配置GPIO

　　以使用STM32CubeMX配置GPIOF6口为例说明。

　　打开STM32CubeMX软件，通过Pinout View选择PF6脚位为GPIO_Output功能。如下图：

　　在System Core下选择GPIO，会弹出Configuration界面，在Configuration配置IO口的功能，如图：

　　点击Configuration中的PF6，会弹出PF6 Configuration，这里可以配置PF6的属性。

　　点击Project Manger，在里面设置生成的工程路径和生成的工程类型。如下图：

　　配置完之后点击右上角的GENERATE CODE生成功能代码。

　　打开生成的工程。

　　找到MX_GPIO_Init()函数，该函数就是实现PF6口的配置，如下：

　　可以通过MX配置生成的工程参考外设的配置流程。