第4章stm32单片机通用输入输出GPIO.ppt

退出退出嵌入式单片机原理及应用电气工程学院仪器科学与工程系电气工程学院仪器科学与工程系 1 ARM嵌入式系统概述2 STM32单片机结构和最小系统 3 基于标准外设库的C语言程序设计基础 4 STM32通用输入输出GPIO5 STM32外部中断6 STM32通用定时器7 STM32通用同步/异步收发器USART8 直接存储器存取DMA9 STM32的模数转换器ADC10 STM32的集成电路总线I2C11 STM32的串行外设接口SPI第第4章章 STM32单片机通用片机通用输入入输出出GPIO4.1 STM32F10x4.1 STM32F10x的的输输入入/ /输输出基本出基本结结构构4.2 GPIO4.2 GPIO相关功能寄存器相关功能寄存器4.3 STM32F10x4.3 STM32F10x的的IOIO口功能特点口功能特点4.4 STM32F10x4.4 STM32F10x的的输输入入输输出配置出配置4.5 GPIO4.5 GPIO应应用用设计设计退出退出 STM32单片机片机 最多有最多有7个个16位位的并行的并行 I/OI/O端口端口： ：PA、 、PB、 、PC、 、PD、 、PE、 、PF、 、PG。

STM32F103Cx、 、103Rx单片机片机 只有只有4个个16位位的的并行并行 I/OI/O端口端口： ：PA、 、PB、 、PC、 、PD￿STM32￿I/O端口4.1 STM32F10x的的输入入/输出基本出基本结构构PA口口 16脚脚PB口口16脚脚PC口口3脚脚PD口口2脚脚STM32F103CBT6 包含包含4 4个端口个端口： ： PA口口 、 、PB口口、 、PC口口、 、PD口口， ，共有共有37个个I/O管脚管脚: PA口口 16脚脚+ PB口口16脚脚+ PC口口3脚脚+ PD口口2脚脚￿STM32￿引脚STM32F103RBT6 包含包含4 4个端口个端口： ： PA口口 、 、PB口口、 、PC口口、 、PD口口， ，共有共有51个个I/O管脚管脚: PA口口 16脚脚+ PB口口16脚脚+ PC口口16脚脚+ PD口口3脚脚PA口口 16脚脚PB口口16脚脚PC口口16脚脚PD口口3脚脚￿STM32￿引脚4.1 STM32F10x的的输入入/输出基本出基本结构构4.2 GPIO相关功能寄存器相关功能寄存器STM32F10x处理器的每个GPIO端口都对应有:2个32位配置寄存器（GPIOx-CRL，GPIOx-CRH）2个32位数据寄存器（GPIOx-IDR，GPIOx-ODR）1个32位置位/复位寄存器（GPIOx-BSRR）1个16位复位寄存器（GPIOx-BRR）1个32位锁定寄存器（GPIOx-LCKR）名称名称寄存器寄存器功能功能端口配置低寄存器GPIOx_CRL配置GPIO低8位的工作模式端口配置高寄存器GPIOx_CRH配置GPIO高8位的工作模式端口输入数据寄存器GPIOx_IDR读取GPIO输入状态端口输出数据寄存器GPIOx_ODR控制GPIO输出状态端口位置位复位寄存器GPIOx_BSRR位操作GPIO的输出状态：设置端口位0或1端口位复位寄存器GPIOx_BRR位操作GPIO的输出状态：设置端口位0端口配置锁定寄存器GPIOx_LCKR端口锁定后系统复位前不能更改端口位的配置在在固件函数固件函数库的的 “stm32f10x_map.h”文件中，文件中，对应的定的定义： ：/*------------------------ General Purpose IO ---------*/typedef struct{ vu32 CRL;//configuration register low(GPIOx_CRL)(x=A…E) vu32 CRH; vu32 IDR; vu32 ODR; vu32 BSRR; vu32 BRR; vu32 LCKR;} GPIO_TypeDef; //用结构体GPIO_TypeDef定义GPIOx端口,（即定义 GPIOx端口的7个设置寄存器）/* vu32=volatile unsigned long */l编程程时， ，GPIOx端口的具体配置是从端口的具体配置是从GPIOA、 、 GPIOB、 、GPIOC、 、 GPIOD 或或 GPIOE寄存器寄存器组开始。

开始l首先，在固件首先，在固件库中，中，用用结构体构体GPIO_TypeDef定定义GPIOx端端口口, ,（即定（即定义 GPIOx端口的端口的7个个设置寄存器）置寄存器）: :端口配置低寄存器(GPIOx_CRL) (x=A..E) ：表表4-2： ：MODE[1:0]配置配置MODE[1:0]含义含义00输入输入01最大输出速率最大输出速率10MHz10最大输出速率最大输出速率2MHz11最大输出速率最大输出速率50MHz表表4-3： ：CNF[1:0]配置配置配置模式配置模式CNF1CNF0PxODR寄存器寄存器通用输出通用输出推挽推挽000或或1开漏开漏10或或1复用功能复用功能输出输出推挽推挽10任意任意开漏开漏1任意任意输入输入模拟输入模拟输入00任意任意输入浮空输入浮空1任意任意输入下拉输入下拉100输入上拉输入上拉14.3 STM32F10x的的IO口功能特点口功能特点根据根据IO端口的特定硬件特征，端口的特定硬件特征，IO端口的每个引脚都可以由端口的每个引脚都可以由软件配置成多种工作模式在运行程序之前必件配置成多种工作模式在运行程序之前必须对每个用到的每个用到的引脚功能引脚功能进行配置，如果某些行配置，如果某些引脚的复用功能没有使用引脚的复用功能没有使用，可，可以以先配置先配置为通用通用IO(GPIO)口口。

4.3.1 通用功能通用功能输入入输出出GPIOGPIO包括下面几种模式：包括下面几种模式：输入浮空模式入浮空模式：复位期：复位期间和和刚复位后，复用功能未开启，复位后，复用功能未开启，IO端口被配置成浮端口被配置成浮空空输入模式输入上拉或下拉模式入上拉或下拉模式：复位后，：复位后，JTAG引脚被置引脚被置输入上拉或下拉模式：入上拉或下拉模式：PA15：：JTDI置于上拉模式；置于上拉模式；PA14：：JTCK置于下拉模式；置于下拉模式；PA13：：JTMS置于上置于上拉模式；拉模式；PB4：：JNTRST置于上拉模式置于上拉模式输入数据寄存器（入数据寄存器（GPIOx-IDR）在每个）在每个APB2时钟周期捕捉周期捕捉IO引脚上的数据所引脚上的数据所有有GPIO引脚有一个内部上拉和下拉，当配置引脚有一个内部上拉和下拉，当配置为输入入时，它，它们可以被激活也可以可以被激活也可以被断开输出推挽模式或开漏模式出推挽模式或开漏模式：当作：当作为输出配置出配置时，写到，写到输出数据寄存器上的出数据寄存器上的值（（GPIOx-ODR））输出到相出到相应的的IO引脚可以以推挽模式或开漏模式使用引脚。

可以以推挽模式或开漏模式使用输出出驱动器4.3.2 复用功能复用功能输入入输出出AFIOSTM32F10x的的AFIO包括包括默默认复用功能复用功能和和重映射复用重映射复用功能默默认复用功能复用功能引脚的默引脚的默认复用功能是固定的，有复用复用功能是固定的，有复用输入、复用入、复用输出和双向复用，出和双向复用，使用默使用默认复用功能必复用功能必须对相相应引脚端口寄存器引脚端口寄存器进行配置行配置复用复用输入功能：端口必入功能：端口必须配置成配置成输入模式（浮空、上拉或下拉）且入模式（浮空、上拉或下拉）且输入引脚必入引脚必须由外部由外部驱动复用复用输出功能：端口必出功能：端口必须配置成复用功能配置成复用功能输出模式（推挽或开漏）出模式（推挽或开漏）双向复用功能：端口位必双向复用功能：端口位必须配置复用功能配置复用功能输出模式（推挽或开漏）出模式（推挽或开漏）这时，，输入入驱动器器被配置成被配置成浮空浮空输入入模式软件重新映射复用功能件重新映射复用功能为了使不同器件封装的外了使不同器件封装的外设IO功能的数量达到最功能的数量达到最优，可以，可以把一些复用把一些复用功能重新映射到其它一些引脚功能重新映射到其它一些引脚上，上，这可以通可以通过软件配置相件配置相应的寄存器的寄存器来完成。

来完成USART3_TX USART3_TX 的默认引出脚是的默认引出脚是 PB10PB10，， USART3_RX USART3_RX 的默认引出脚是的默认引出脚是 PB11PB11；重映射；重映射后，后，USART3_TX USART3_TX 的引出脚为的引出脚为 PD8PD8，变更，变更 USART3_RX USART3_RX 的引出脚为的引出脚为PD9PD94.3.3 外部中断外部中断/唤醒醒线 所有端口都有外部中断能力，使用外部中断所有端口都有外部中断能力，使用外部中断线，端口必，端口必须配置配置成成输入模式入模式外部中断外部中断/事件控制器（事件控制器（EXTI）的主要特性）的主要特性：：(1) 每个中断每个中断/事件都有事件都有独立独立的的触触发和屏蔽和屏蔽(2) 每个中断每个中断线都有都有专用的状用的状态位位(3) 支持多达支持多达19个个软件的中断件的中断/事件事件请求求(4) 检测脉冲脉冲宽度低于度低于APB2时钟宽度的外部信号度的外部信号4.4 STM32F10x的的输入入输出配置出配置GPIO端口位端口位输入配置入配置4.4 STM32F10x的的输入入输出配置出配置 STM32单片机的片机的IO引脚可以配置成下面引脚可以配置成下面8种模式：种模式：（（1 ）浮空）浮空输入入 _IN_FLOATING （（2 ））带上拉上拉输入入 _IPU （（3 ））带下拉下拉输入入 _IPD （（4 ）模）模拟输入入 _AIN （（5 ）开漏）开漏输出出 _OUT_OD （（6 ）开漏复用）开漏复用输出出 _AF_OD （（7 ）推挽）推挽输出出 _OUT_PP （（8 ）推挽复用）推挽复用输出出 _AF_PP输入浮空模式入浮空模式CPUCPU通过内部的数据总线可以随时读出通过内部的数据总线可以随时读出I/O I/O 端口的电平变化的状态。

端口的电平变化的状态带上拉上拉输入模式入模式与浮空输入模式相比，仅仅是在数据通道上面，接入了一个上与浮空输入模式相比，仅仅是在数据通道上面，接入了一个上拉电阻拉电阻带下下拉拉输入模式入模式对于输入下拉模式的输入，是在数据通道的下部，接入了一对于输入下拉模式的输入，是在数据通道的下部，接入了一个下拉电阻个下拉电阻为什么要接上拉和下什么要接上拉和下拉拉电阻阻？？1）） 当单片机当单片机IO作为输入时，假设我们直接在作为输入时，假设我们直接在IO端口接一端口接一个按键到地（或电源）因为按键未按下时管脚是悬空个按键到地（或电源）因为按键未按下时管脚是悬空的单片机就很难检测按键是否按下所以人为的接一的单片机就很难检测按键是否按下所以人为的接一个上拉（或下拉）以确定未按下的时候个上拉（或下拉）以确定未按下的时候IO输入电平的输入电平的状态 2）） 可以提高芯片的抗干扰能力可以提高芯片的抗干扰能力3）） 当单片机的当单片机的IO口作输出时，如果不接上拉电阻只能提口作输出时，如果不接上拉电阻只能提供供灌电流灌电流无法输出电流驱动外接设备这时也需要考无法输出电流驱动外接设备这时也需要考虑上拉电阻这样才可以使虑上拉电阻。

这样才可以使IO输出高电平输出高电平模拟输入模式模拟输入模式数据通道中上拉、下拉电阻和施密特触发器，这时均处于数据通道中上拉、下拉电阻和施密特触发器，这时均处于关断关断的的状态，状态，在在模拟输入状态模拟输入状态下，下，CPUCPU不能通过不能通过输入数据寄存器输入数据寄存器读到读到IOIO端口变化的数据端口变化的数据开漏输出模式开漏输出模式施密特触发器处于开启状态，施密特触发器处于开启状态，CPUCPU可以通过读可以通过读输入数据寄存器输入数据寄存器的值来获取的值来获取I/OI/O端口的状态；通过这个特性，还可以实现了虚拟的端口的状态；通过这个特性，还可以实现了虚拟的I/OI/O端口双向通信：假如端口双向通信：假如CPU CPU 输出逻辑输出逻辑“1 1 ”，由于编号，由于编号3 3 的的N-MOSN-MOS管处于关闭状态，管处于关闭状态，I/O I/O 端口的电平端口的电平将完全由外部电路决定，因此，将完全由外部电路决定，因此，CPU CPU 可以在可以在“输入数据寄存器输入数据寄存器”读到外部电读到外部电路的信号，而不是它自己输出的逻辑路的信号，而不是它自己输出的逻辑“1 1 ”GPIO口的输口的输出速度出速度GPIO口的输出模式下，有口的输出模式下，有3 种输出速度可选种输出速度可选(2MHz 、、10MHz和和50MHz)这个速度是指这个速度是指GPIO口口驱动电路的响应速度驱动电路的响应速度，而，而不是输出信号的速度不是输出信号的速度，，输出信号的速度与程序有关输出信号的速度与程序有关（芯片内部在（芯片内部在I/O口的输出部分安排了多个响口的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路，用户可以根据自己的需要选择合适的驱动应速度不同的输出驱动电路，用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路）。

电路）通过通过选择速度来选择不同的输出驱动模块选择速度来选择不同的输出驱动模块，达到最佳的噪声控制和降低，达到最佳的噪声控制和降低功耗的目的功耗的目的高频高频的的驱动驱动电路，电路，噪声噪声很很高高，当我们的项目不需要比较高，当我们的项目不需要比较高的输出频率时，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 性能当然如果我们的项目性能当然如果我们的项目要求要求输出输出较高较高频率的信号，但却频率的信号，但却选用选用了了较低较低频率的驱动模块，很可能会得到比较频率的驱动模块，很可能会得到比较失真失真的输出信号的输出信号开漏复用输出模式开漏复用输出模式GPIOGPIO的开漏复用输出模式与开漏输出模式的工作原理基本相同，的开漏复用输出模式与开漏输出模式的工作原理基本相同，不同的是编号为不同的是编号为2 2的输入的源不同的输入的源不同推挽输出模式推挽输出模式GPIOGPIO的推挽输出模式是在开漏输出模式的基础上，在的推挽输出模式是在开漏输出模式的基础上，在“输出控制输出控制电路电路”之后，增加了一个之后，增加了一个P-MOSP-MOS管管推挽复用输出模式推挽复用输出模式编号编号2 2“输出控制电路输出控制电路” 输入是与复用功能的输出端相连，此时输入是与复用功能的输出端相连，此时“输出数据寄存器输出数据寄存器”被从输出通道断开了，片上外设的输出信号被从输出通道断开了，片上外设的输出信号直接与直接与“输出控制电路输出控制电路”的输入端的输入端相相连接连接4.5 GPIO应用用设计4.5.1 GPIO常用库函数4.5.2 GPIO使用流程4.5.3 GPIO应用实例函数名称函数名称功能功能GPIO_DeInit将外设GPIOx寄存器重设为缺省值GPIO_AFIODeInit将复用功能（重映射事件控制和EXTI设置）重设为缺省值GPIO_Init根据GPIO_InitStruct中指定的参数初始化外设GPIOx寄存器GPIO_StructInit把GPIO_InitStruct中的每一个参数按缺省值填入GPIO_ReadInputDataBit读取指定端口管脚的输入GPIO_ReadInputData读取指定的GPIO端口输入GPIO_ReadOutputDataBit读取指定端口管脚的输出GPIO_ReadOutputData读取指定的GPIO端口输出GPIO_SetBits设置指定的数据端口位GPIO_ResetBits清除指定的数据端口位GPIO_WriteBit设置或者清除指定的数据端口位GPIO_Write向指定GPIO数据端口写入数据GPIO_PinLockConfig锁定GPIO管脚设置寄存器GPIO_EventOutputConfig选择GPIO管脚用作事件输出GPIO_EventOutputCmd使能或者失能事件输出GPIO_PinRemapConfig改变指定管脚的映射GPIO_EXTILineConfig选择GPIO管脚用作外部中断线路4.5.2 GPIO使用流程使用流程(1) 配置配置输入的入的时钟，完成初始化；，完成初始化；(2) 如果使用如果使用该外外设的的输入入输出脚，出脚，则需要配置相需要配置相应的的 GPIO端口端口(3) 对外外设进行行详细配置配置: (a) 外外设对应的管脚的管脚为输出出：需要根据外：需要根据外围电路的配置路的配置选择对应的管脚的管脚为复用功能的推挽复用功能的推挽输出或复用功能的开漏出或复用功能的开漏输出出。

(b) 外外设对应的管脚的管脚为输入入：：则根据外根据外围电路的配置可以路的配置可以选择浮空浮空输入、入、带上拉上拉输入或入或带下拉下拉输入入 (c) ADC对应的管脚：配置管脚的管脚：配置管脚为模模拟输入入如果把端口配置成复用如果把端口配置成复用输出功能，出功能，则引脚和引脚和输出寄存器断开，并和出寄存器断开，并和片上外片上外设的的输出信号出信号连接将管脚配置成复用接将管脚配置成复用输出功能后，如果外出功能后，如果外设没有被激活，那么它的没有被激活，那么它的输出将不确定出将不确定4.5.3 GPIO应用用实例例 利用STM32F10x的GPIO功能驱动LED闪烁GPIO驱动LED电路原理图如图4-8所示，采用PD2，PA8连接LED将程序下载到开发板，可以看到LED1和LED2同时闪烁;也可以采用软件仿真验证PA8和PD2的输出SetBits4.5.2 GPIO使用流程使用流程void GPIO_Config(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); }步步骤一：一：GPIO的配置的配置4.5.2 GPIO使用流程使用流程使能GPIO的端口时钟4.5.2 GPIO使用流程使用流程使能GPIO的端口时钟步步骤一：一：GPIO的配置的配置RCC_APB2PeriphClockCmd（）这个库函数有2个输入参数lRCC_APB2Periph：由于挂接在APB2总线上的外设模块很多，该参数用以选择同时开启一个外设或者多个外设lNewState：ENABLE￿或￿DISABLE“RCC_APB2Periph”值￿可以取上表一个或者多个值的组合RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);步步骤一：一：GPIO的配置的配置void GPIO_Config(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); }步步骤一：一：GPIO的配置的配置uint16_t GPIO_Pin: 选择需要配置的需要配置的GPIO模模块的一个引脚或者多个引脚的的一个引脚或者多个引脚的组合合这些宏的些宏的值，就是允，就是允许编程的程的时候候给结构体成构体成员GPIO_Pin赋的的值。

假如我假如我们给GPIO_Pin赋值为宏宏GPIO_Pin_2的的话，表示我，表示我们是是选中的中的GPIO模模块的的第第2个引脚，个引脚，设置置STM32单片机相片机相应的寄存器，的寄存器，实现对GPIO模模块引脚的配置引脚的配置步步骤一：一：GPIO的配置的配置GPIOSpeed_TypeDef: GPIO模模块响响应速度速度在在这个枚个枚举类型中，定型中，定义了了3个枚个枚举常量，常量，GPIO_Speed_10MHz=1，，GPIO_Speed_2MHz=2GPIO_Speed_50MHz=3用于表示GPIO模块的引脚可以配置成的各个最高速度，GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz语句，是把句，是把GPIO模模块的引脚配置的引脚配置为最高最高频率，率，设置置为50MHz步步骤一：一：GPIO的配置的配置GPIOMode_TypeDef: GPIO模模块引脚模式引脚模式步步骤一：一：GPIO的配置的配置void GPIO_Config(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); }库函数控制函数控制IO输出高出高电平或者低平或者低电平平库函数控制函数控制IO输出高出高电平或者低平或者低电平平IO口输出高电平IO口输出低电平库函数控制函数控制IO输出高出高电平或者低平或者低电平平int main(void){ GPIO_Config(); while(1) { GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_8); GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_2); delay(); GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_8); GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_2); delay(); }}void delay(void){ int i = 0xffffff; while(i--);}PA8和和PD2输出仿真出仿真图，可以看到，可以看到PA8和和PD2出出现间隔隔的高低的高低电平。