STM32实战总结：HAL之GPIO

只看该作者 · 2023-12-27 14:51

GPIO概述
一、先认真阅读参考手册中GPIO部分内容

GPIO部分大概有25页，关键内容记录如下：

1、每个GPI/O端口有两个32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)，两个32位数据寄存器 (GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)，一个32位置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR)，一个16位复位寄存器(GPIOx_BRR)和一个32位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)。

2、端口可配置四种输入和四种输出：

─ 输入浮空

─ 输入上拉

─ 输入下拉

─ 模拟输入

─ 开漏输出

─ 推挽式输出

─ 推挽式复用功能

─ 开漏复用功能

GPIO八种模式的区别与应用

参考：单片机的GPIO端口的8中工作模式

只看该作者 · 2023-12-27 14:52

注意事项：

01

在IO口外接按键的情况下，如果按键未按下时是低电平，按下后是高电平，那么，单片机引脚在初始化时，最好设置成下拉，以保证单片机引脚处于按键未触发时的低电平，如果不设置成下拉，那么单片机引脚就会处于悬空状态，导致引脚的电平状态不定，从而影响引脚的功能实现；

02

模拟输入一般只有在ADC引脚时才会使用；

03

配置成输出时，为什么还要配置上拉和下拉？

其实，在思考这个上拉和下拉不必非得跟输入关联到一起，不管是输入还是输出，都有个空闲态，比如输入时按键未按下，或者输出时LED不亮，都有个空闲的状态，我们根据需要设置对应的上下拉即可。

这里附一张M4的GPIO原理图，就将上下拉移到了外面，让输入和输出通道都能用

只看该作者 · 2023-12-27 14:52

04

配置成输出时，输入功能可以同时使用。即具有双向驱动口的功能。

具体参考：GPIO做输出还能作外部中断输入吗？ - 知乎

不论GPIO通用输出还是复用输出，外部管脚的电平都可以连接到内部输入单元，管脚上的电平也可以被内部边沿检测器检测到。也就是说，当它被配置为输出时是具备双向特性的。

当然，一般来讲，如果希望GPIO做为双向驱动口使用时，建议将其配置为OD开漏结合上拉模式。比方在做I2C应用时，将通信GPIO端口配置为开漏模式结合上拉电阻即可进行双向数据通信，无须对通信口的GPIO模式来回切换。

只看该作者 · 2023-12-27 14:52

只看该作者 · 2023-12-27 14:52

注意，开漏输出无法直接输出高电平，所以想输出1时，需要设置成上拉，以提供高电平。

3、端口位输出表：

只看该作者 · 2023-12-27 14:53

4、必须以字(32位)的方式操作这些外设寄存器。

更多内容详见参考手册。

二、GPIO有哪些变量和函数？

只看该作者 · 2023-12-27 14:53

更多内容详见源代码。

三、学会使用这些函数
static void Run(void)
{
HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin);
HAL_Delay(100);
}
以上代码可以实现LED1的闪烁。

注意这里的名字中的LED1和MX中的标签名是一致的。

只看该作者 · 2023-12-27 14:53

GPIO复用和重映射

STM32上有很多I/O口，也有很多的内置外设如I2C、ADC、ISP、USART等，为了节省引出管脚，这些内置外设基本上是与I/O口共用管脚的，也就是I/O管脚的复用功能。

很多复用的I/O引脚可以通过重映射功能从其他的I/O管脚引出，即复用功能的引脚是可通过程序改变的。具体查看技术手册。

只看该作者 · 2023-12-27 14:53

数据手册上有说明：

复位后主功能是GPIO，只有启用了相应的外设功能，才会成为相对应的复用功能。

只看该作者 · 2023-12-27 14:54

阅读GPIO相关源码
从main函数开始。。。

一开始就是HAL初始化HAL_Init();这个函数是干什么的？在哪定义的？在哪声明的？

注意：在c中，基本上都是c和h文件成双成对的，头文件是在c文件前面被展开的。所以，需要配合头文件和c文件才完整。要看就两个一起看。

只看该作者 · 2023-12-27 14:54

main.h

在该头文件中，包含了一个头文件stm32f1xx_hal.h，这个头文件看起来像是总的头文件，因为它的命名中，只有32和hal，没有其他任何外设的信息。

有错误处理函数的声明，另外有个void SystemClock_Config(void);是main的私有函数，所以就没有声明在头文件中，不过，该私有函数并没有加上static来限制其私有性。不加也可以，只要没有声明出去，别的地方调用时就会报错，但是此时可以选择声明出去。而一旦加上了static，就无法声明出去了，一旦声明出去就会报错。

只看该作者 · 2023-12-27 14:54

该头文件中的这段代码关注一下，这是main.h中最关键的代码：

/* Private defines -----------------------------------------------------------*/
#define LED1_Pin GPIO_PIN_4
#define LED1_GPIO_Port GPIOE
#define LED2_Pin GPIO_PIN_5
#define LED2_GPIO_Port GPIOE
#define LED3_Pin GPIO_PIN_6
#define LED3_GPIO_Port GPIOE

只看该作者 · 2023-12-27 14:54

这里对应的是MX中配置引脚时的标签名，本来我们还要去查看原理图去查看配置的到底是哪个端口，这个端口的哪个引脚，但是，这里自动生成了相应的宏定义，通过这种定义别名的方式，让我们直接面向“对象”编程。用LED1/LED2/LED3相关符号就可以了。

上面宏定义中的GPIO_PIN_4和GPIOE这些名称是啥意思？打开定义和声明查看。

首先，看到这些名称都是大写，猜想可能是一个宏定义。

只看该作者 · 2023-12-27 14:55

先打开GPIO_PIN_4的声明/定义（对于宏定义来说，打开声明或者定义都是同一个地方）

跳转到了stm32f1xx_hal_gpio.h文件。

里面对各个引脚进行了编号。

只看该作者 · 2023-12-27 14:55

用的是个16位的二进制数，通过最低位到高位依次赋予高电平来选择。

uint16_t是什么意思？

再次跳转定义。

发现无法跳转。说明其既不是宏定义，也不是变量，而是一种c语言的语法。

其实，我知道这是单片机中自定义的一种类型，也就是unsigned short，只不过进行了类型重定义，以简化使用。

怎么找到其源头？

既然能使用，那么肯定有地方进行了类型重定义，要么就在文件上面，要么就在包含的头文件中。

只看该作者 · 2023-12-27 14:55

上面没有，那就只能在头文件中。其包含了一个头文件stm32f1xx_hal_def.h
******************************************************************************
  * @file stm32f1xx_hal_def.h
  * @author  MCD Application Team
  * @brief This file contains HAL common defines, enumeration, macros and
  *       structures definitions.
  ******************************************************************************

只看该作者 · 2023-12-27 14:55

可知该头文件包含了HAL共用的定义、枚举、宏定义以及结构体定义。

但在该头文件中，依然没有找到uint16_t，那就只能继续找其包含的头文件stm32f1xx.h，看名字像一个最顶层的头文件。继续找，还是没找到。

还是没找到，奇了怪了。

那就只能直接搜索了。搜索太多了，不好找。

无意中发现，uint32_t右键能够跳转。。。。跳到了stdint.h文件。

只看该作者 · 2023-12-27 14:55

……
/* exact-width unsigned integer types */
typedef unsigned       char uint8_t;
typedef unsigned short    int uint16_t;
typedef unsigned          int uint32_t;
typedef unsigned    __INT64 uint64_t;
……

只看该作者 · 2023-12-27 14:56

看其描述：

/** @addtogroup Peripheral_declaration
* @{
*/

只看该作者 · 2023-12-27 14:56

这好像是所有外设的什么声明，具体看：

以GPIOE为例

#define GPIOE ((GPIO_TypeDef *)GPIOE_BASE)