目錄ContentsIIIIIIIVGPIO功能描述GPIO配置寄存器GPIO庫(kù)函數(shù)GPIO典型應(yīng)用第5章GPIO功能與應(yīng)用2知識(shí)點(diǎn)1）GPIO地址；2）GPIO的功能與硬件電路；3）GPIO寄存器與庫(kù)函數(shù)。能力點(diǎn)了解GPIO映射地址與功能掌握GPIO配置寄存器與庫(kù)函數(shù)應(yīng)用掌握GPIO典型應(yīng)用與編程課程學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)和能力點(diǎn)第5章GPIO功能與應(yīng)用35.1.0STM32F4xx存儲(chǔ)器映射5.1

GPIO結(jié)構(gòu)與功能APB1外設(shè)0x400073FF0x40000000預(yù)留0x40007400—0x4000FFFFAPB2外設(shè)0x40014BFF0x40010000預(yù)留0x40014C00—0x4001FFFFAHB1外設(shè)0x400267FF0x40020000預(yù)留0x40026800—0x4FFFFFFFAHB2外設(shè)0x5003FFFF0x50000000預(yù)留0x50040000—0x5FFFFFFFTIM2/3/4/5、RTC、看門狗、SPI(I2S)2/3、I2C1/2/3、USART2、電源管理TIM1、USART1/6、ADC、SDIO、SPI1/4、系統(tǒng)控制器、TIM9/10/11GPIOA/B/C/D/E/H、CRC、RCC、FLASH接口寄存器、DMA1/2USBOTG外設(shè)區(qū)（block2）45.1.1GPIO硬件結(jié)構(gòu)5.1

GPIO結(jié)構(gòu)與功能GPIO（通用輸入輸出接口）是連接外部設(shè)備及控制外部設(shè)備的主要接口。STM32F407的GPIO口分為PA[15:0]、PB[15:0]、PC[15:0]、PD[15:0]和P[15:0]E口，外加特別的I/O口PH[1:0]。圖5.1

GPIO結(jié)構(gòu)圖55.1.1GPIO硬件結(jié)構(gòu)5.1

GPIO結(jié)構(gòu)與功能GPIO口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖5.1所示。圖中可以看到輸出數(shù)據(jù)寄存器和輸入數(shù)據(jù)寄存器，模擬輸入、復(fù)用功能輸入、復(fù)用功能輸出以及輸入驅(qū)動(dòng)器和輸出驅(qū)動(dòng)器電路。這些硬件電路決定了GPIO口的功能，可以通過(guò)配置不同的寄存器來(lái)管理硬件電路，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。GPIO端口包含模式寄存器、輸出類型寄存器、輸出速度寄存器、上拉/下拉寄存器、輸入數(shù)據(jù)寄存器、輸出數(shù)據(jù)寄存器。不同的寄存器組合可以實(shí)現(xiàn)多種模式：輸入浮空；輸入上拉；輸入下拉；模擬功能；具有上拉或下拉功能的開(kāi)漏輸出；具有上拉或下拉功能的推挽輸出；具有上拉或下拉功能的復(fù)用功能推挽；具有上拉或下拉功能的復(fù)用功能開(kāi)漏。65.1.2GPIO功能描述5.1

GPIO結(jié)構(gòu)與功能GPIO（通用輸入輸出接口）是連接外部設(shè)備及控制外部設(shè)備的主要接口。STM32F407的GPIO口分為PA[15:0]、PB[15:0]、PC[15:0]、PD[15:0]和P[15:0]E口，外加特別的I/O口PH[1:0]。STM32F407的GPIO5個(gè)16位的I/O端口（GPIOx）GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE共16x5=80個(gè)IO外加2個(gè)特別的I/O引腳（屬于GPIOH）PH1、PH0與實(shí)時(shí)鐘外接晶體引腳復(fù)用圖5.2

GPIO接口

STM32的輸入輸出引腳除了用作GPIO外，還可以復(fù)用為外設(shè)功能引腳（比如串口），這部分知識(shí)我們會(huì)在后面講解。本講主要講解引腳做IO使用的知識(shí)。75.1.2GPIO功能概述5.1

GPIO結(jié)構(gòu)與功能GPIO概述通用I/O端口，即General-Purpose

InputandOutput(GPIO)，是單片機(jī)連接外部電路最常用的接口形式：功能：數(shù)據(jù)的輸入與輸出特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、易用、快速、靈活為充分利用引腳資源，以及適應(yīng)不同的外部應(yīng)用，GPIO引腳都經(jīng)過(guò)了專門的設(shè)計(jì)：5V電平容忍（無(wú)需電平轉(zhuǎn)換）可以輸入，也可以輸出（雙向）電氣性能“工具箱”：上拉、下拉、推挽、開(kāi)漏……支持模擬信號(hào)輸入每個(gè)引腳可自由配置（可以步調(diào)一致，也可以自由行動(dòng)）復(fù)用功能（改頭換面，成為其它接口）與實(shí)時(shí)鐘外接晶體引腳復(fù)用85.1.2GPIO功能概述5.1

GPIO結(jié)構(gòu)與功能GPIO主要特征每個(gè)端口16位（即有16個(gè)I/O引腳）用作輸出時(shí)：漏+上拉/下拉數(shù)據(jù)來(lái)源：輸出數(shù)據(jù)狀態(tài)：推挽或；開(kāi)寄存器(GPIOx_ODR)或外設(shè)（復(fù)用功能輸出）速度：每個(gè)I/O單獨(dú)選擇用作輸入時(shí)：狀態(tài)：浮空、上拉/下拉、模擬數(shù)據(jù)來(lái)源：輸入數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR)或外設(shè)（復(fù)用功能輸入）專門的置位/復(fù)位寄存器，可按位操作鎖定機(jī)制，可凍結(jié)I/O配置復(fù)用功能選擇，一個(gè)I/O最多有16個(gè)復(fù)用功能如何使用GPIO？需要對(duì)相關(guān)的寄存器組進(jìn)行配置和操作95.1.2GPIO功能概述5.1

GPIO結(jié)構(gòu)與功能GPIO工作模式四種輸入模式輸入浮空（GPIO_Mode_IN_FLOATING）輸入上拉（GPIO_Mode_IPU）輸入下拉（GPIO_Mode_IPD）模擬輸入（GPIO_Mode_AIN）四種輸出模式（帶上拉或下拉）：開(kāi)漏輸出（GPIO_Mode_OUT_OD）開(kāi)漏復(fù)用功能（GPIO_Mode_AF_OD）推挽輸出（GPIO_Mode_OUT_PP）推挽復(fù)用功能（GPIO_Mode_AF_PP）四種最大輸出速度①低速、②中速、③快速、④高速GPIO配置和編程的主要內(nèi)容！105.1.2GPIO功能概述第5章GPIO功能與應(yīng)用上拉與下拉上拉（PullUp：PU）：IO引腳接一個(gè)電阻到VDD用作輸入時(shí)，若無(wú)外接電路，IO始終保持高電

平（VDD，即邏輯“1”），R起“拉升”作用輸出“1”時(shí)，引腳本身提供的電流將減小

（一部分由VDD通過(guò)R提供）。反之，輸出“0”

時(shí)，吸收的電流將增大下拉（PullDown：PD）：IO引腳接一個(gè)電阻到VSS（GND）用作輸入時(shí)，若無(wú)外接電路，IO始終保持低電

平（接地，即邏輯“0”），R起“拉低”作用輸出“1”時(shí)，引腳本身提供的電流將增大（R要

多消耗一部分）。反之，輸出“0”時(shí)，吸收的電

流將減小。IOVDDRIOVSSR外電路外電路115.1.2GPIO功能概述第5章GPIO功能與應(yīng)用上拉與下拉上拉/下拉是數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)招數(shù)，其作用：鉗位，即讓IO口在沒(méi)有外接電路或外接電路不工作時(shí)保持穩(wěn)定狀態(tài)為了與外電路匹配提高驅(qū)動(dòng)能力提高抗干擾能力注意事項(xiàng)上/下拉電阻R的選擇：通常在幾千歐到幾百千歐的范圍R小，速度快，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，功耗大R大，速度慢，驅(qū)動(dòng)能力弱，功耗小上拉、下拉不能同時(shí)出現(xiàn)要求三態(tài)連接時(shí)，不能上拉也不能下拉通常單片機(jī)內(nèi)部的上/下拉電阻阻值較大（屬于弱上拉和弱下拉），要想得到更大的驅(qū)動(dòng)能力，可在芯片外再并接電阻125.1.2GPIO功能概述第5章GPIO功能與應(yīng)用推晚與開(kāi)漏推晚電路（Push-Pull:PP）：

“配對(duì)”晶體管+互補(bǔ)工作方式，用于輸出驅(qū)動(dòng)

“配對(duì)”晶體管：一對(duì)參數(shù)相同，但類型不同的晶體管，如:

PNP和NPN型三極管，或P-MOS和N-MOS場(chǎng)效應(yīng)管

互補(bǔ)工作方式：工作時(shí)，上臂和下臂總是一個(gè)導(dǎo)通另一個(gè)截止，就好像一臂往外推，

另一臂就往里拉，總是處于相反的狀態(tài)——“推挽”驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)較，損耗小，常用于數(shù)字電路輸出上臂上臂下臂下臂Q1Q2輸出導(dǎo)通截止1截止導(dǎo)通0135.1.2GPIO功能概述第5章GPIO功能與應(yīng)用推挽與開(kāi)漏開(kāi)漏電路（OpenDrain：OD）漏：漏極。場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)引腳分別稱為:

漏極（D）、源極（S）、柵極（G）?！伴_(kāi)漏”就是漏極開(kāi)路

（另有“開(kāi)集”，指集電極開(kāi)路）Q1不起作用，輸出僅取決于Q2開(kāi)漏輸出：Q2導(dǎo)通，輸出低電平（0）Q2截止，輸出為高阻（浮空），需要外接上拉電阻才能輸出高電平（1）特點(diǎn)可以輸出強(qiáng)低電平（高電平由外電路確定），吸收電流能力強(qiáng)可以實(shí)現(xiàn)“線與”，方便電平轉(zhuǎn)換Q1Q2輸出導(dǎo)通截止1(需上拉電阻)截止導(dǎo)通0DGSXVCCRX5.1.2GPIO功能概述第5章GPIO功能與應(yīng)用推挽與開(kāi)漏線與兩個(gè)或多個(gè)開(kāi)漏電路輸出端直接連接在一起，共用一個(gè)上拉電阻。輸出與輸入之間是邏輯“與”的關(guān)系。推挽電路輸出端不可以連接在一起，否則會(huì)造成電路損壞（注意：非OD電路都不行?。┩仆炫c開(kāi)漏的比較145.1.2GPIO功能概述第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO基本結(jié)構(gòu)15輸出通道輸入通道

輸入驅(qū)動(dòng)器輸出驅(qū)動(dòng)器5.1.2GPIO功能概述第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO基本結(jié)構(gòu)過(guò)壓保護(hù)5V容忍上拉及下拉電阻控制輸入控制及整形輸出控制與驅(qū)動(dòng)165.1.3GPIO工作模式（輸入）第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO輸入浮空輸出驅(qū)動(dòng)器被禁用施密特觸發(fā)器激活每個(gè)時(shí)鐘周期I/O管腳的數(shù)據(jù)都被釆樣保存在輸入數(shù)據(jù)寄存器中175.1.3GPIO工作模式（輸入）第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO輸入上拉輸出驅(qū)動(dòng)器被禁用施密特觸發(fā)器激活每個(gè)時(shí)鐘周期I/O管腳的數(shù)據(jù)都被釆樣保存在輸入數(shù)據(jù)寄存器中185.1.3GPIO工作模式（輸入）第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO輸入下拉輸出驅(qū)動(dòng)器被禁用施密特觸發(fā)器激活每個(gè)時(shí)鐘周期I/O管腳的數(shù)據(jù)都被釆樣保存在輸入數(shù)據(jù)寄存器中195.1.3GPIO工作模式（輸入）第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO模擬輸入輸出驅(qū)動(dòng)器被禁用施密特觸發(fā)器禁用上拉/下拉被禁用，保證模擬信號(hào)“原汁原味”地輸入讀取數(shù)據(jù)輸入寄存器得到0205.1.3GPIO工作模式（輸出）第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO開(kāi)漏輸出開(kāi)漏輸出時(shí)，通常不用上拉或下拉，而是外接上拉電阻輸出驅(qū)動(dòng)器使能（包括開(kāi)漏和推挽）施密特觸發(fā)器激活上拉/下拉被激活（根據(jù)配置值）每個(gè)時(shí)鐘周期I/O管腳的數(shù)據(jù)都被釆樣保存在輸入數(shù)據(jù)寄存器中讀取輸入數(shù)據(jù)寄存器得到I/O狀態(tài)讀取輸出數(shù)據(jù)寄存器得到輸出值215.1.3GPIO工作模式（輸出）第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO開(kāi)漏復(fù)用輸出開(kāi)漏輸出時(shí)，通常不用上拉或下拉，而是外接上拉電阻輸出驅(qū)動(dòng)器使能（包括開(kāi)漏和推挽）輸出驅(qū)動(dòng)器由外設(shè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)施密特觸發(fā)器激活上拉/下拉被激活（根據(jù)配置值）每個(gè)時(shí)鐘周期I/O管腳的數(shù)據(jù)都被釆樣保存在輸入數(shù)據(jù)寄存器中讀取輸入數(shù)據(jù)寄存器得到I/O狀態(tài)225.1.3GPIO工作模式（輸出）第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO推晚輸出合理選擇上拉、下拉或不拉，可適應(yīng)大多數(shù)應(yīng)用輸出驅(qū)動(dòng)器使能（包括開(kāi)漏和推挽）施密特觸發(fā)器激活上拉/下拉被激活（根據(jù)配置值）每個(gè)時(shí)鐘周期I/O管腳的數(shù)據(jù)都被釆樣保存在輸入數(shù)據(jù)寄存器中讀取輸入數(shù)據(jù)寄存器得到I/O狀態(tài)讀取輸出數(shù)據(jù)寄存器得到輸出值235.1.3GPIO工作模式（輸出）第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO推晚復(fù)用輸出合理選擇上拉、下拉或不拉，可適應(yīng)大多數(shù)應(yīng)用輸出驅(qū)動(dòng)器使能（包括開(kāi)漏和推挽）輸出驅(qū)動(dòng)器由外設(shè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)施密特觸發(fā)器激活上拉/下拉被激活（根據(jù)配置值）每個(gè)時(shí)鐘周期I/O管腳的數(shù)據(jù)都被釆樣保存在輸入數(shù)據(jù)寄存器中讀取輸入數(shù)據(jù)寄存器得到I/O狀態(tài)245.1.4GPIO復(fù)位狀態(tài)第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO復(fù)位狀態(tài)

上電復(fù)位后，復(fù)用功能尚未激活，所有I/O默認(rèn)進(jìn)入“復(fù)位狀態(tài)”：大多數(shù)I/O：處于輸入浮空模式幾個(gè)特殊引腳：進(jìn)入“調(diào)式待命”狀態(tài)：PA15：JTDI（上拉）PA14：JTCK/SWCLK（下拉）PA13：JTMS/SWDAT（下拉）PB4：NJTRST（上拉）PB3：JTDO（浮空）以上復(fù)位狀態(tài)又稱為“系統(tǒng)復(fù)用功能”JTAG調(diào)試接口：JTDI：數(shù)據(jù)輸入 JTCK：時(shí)鐘 JTMS：調(diào)試模式 NJTRST：復(fù)位 JTDO：數(shù)據(jù)輸出

外加VDD、GNDSWD調(diào)試接口：SWCLK：時(shí)鐘 SWDAT：雙向數(shù)據(jù)

外加VDD、GND255.1.5GPIO復(fù)用功能第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO復(fù)用功能（AlternateFunction:AF）復(fù)用功能“映射”——將I/O口通過(guò)軟件配置，變成復(fù)用功能：最多有16個(gè)復(fù)用功能（AF0—AF15）其中AF0即“系統(tǒng)復(fù)用功能”（復(fù)位后的默認(rèn)功能）各種外圍設(shè)備分別映射到AF1—AF14每個(gè)I/O都可以作為“事件輸出”（EVENTOUT），映射到AF15。但PA15、PA14、PA13和PB4、PB3例外每個(gè)I/O都可作為外中斷輸入,只需配置成輸入（或復(fù)位默認(rèn)狀態(tài)）即可。265.1.5GPIO復(fù)用功能第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO復(fù)用功能（AlternateFunction:AF）通過(guò)兩個(gè)復(fù)用功能寄存器（GPIOx_AFRL、GPIOx_AFRH）實(shí)現(xiàn)復(fù)用功能的映射275.1.5GPIO復(fù)用功能第5章GPIO功能與應(yīng)用GPIO相關(guān)配置寄存器每個(gè)GPIO端口都包含以下寄存器，用于配置和操作1個(gè)端口模式寄存器（GPIOx_MODER）1個(gè)端口輸出類型寄存器（GPIOx_OTYPER）1個(gè)端口輸出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）1個(gè)端口上拉下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）1個(gè)端口輸入數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_IDR）1個(gè)端口輸出數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_ODR）1個(gè)端口置位/復(fù)位寄存器（GPIOx_BSRR）1個(gè)端口配置鎖存寄存器（GPIOx_LCKR）2個(gè)復(fù)用功能寄存器（GPIOx_AFRL和GPIOx_AFRH）寄存器名中的x代表哪一個(gè)端口，取值：A、B、C、D、E和H285.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用29GPIO工作模式4種輸入模式：①輸入浮空②輸入上拉③輸入下拉④模擬輸入4種輸出模式（帶上拉或下拉）：①開(kāi)漏輸出②開(kāi)漏復(fù)用功能③推挽輸出④推挽復(fù)用功能4種最大輸出速度：①低速、②中速、③快速、④高速

I/O用作輸入時(shí)：輸出通道關(guān)閉可選上拉/下拉/浮空I/O用作輸出時(shí)：輸入通道不關(guān)閉，方便讀取引腳的狀態(tài)可選上拉/下拉/浮空每個(gè)I/O引腳可以單獨(dú)配置通過(guò)一組配置寄存器實(shí)現(xiàn)5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用30GPIO相關(guān)配置寄存器每個(gè)GPIO端口都包含以下10個(gè)寄存器：端口模式寄存器（GPIOx_MODER）輸出類型寄存器（GPIOx_OTYPER）輸出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）上拉下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）輸入數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_IDR）輸出數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_ODR）置位/復(fù)位寄存器（GPIOx_BSRR）配置鎖存寄存器（GPIOx_LCKR）復(fù)用功能寄存器（GPIOx_AFRL

和

GPIOx_AFRH）寄存器都是32位，但并非所有的寄存器都用滿了32位：2個(gè)數(shù)據(jù)寄存器只用了低16位（高16位保留）如果配置一個(gè)I/O需要2個(gè)位，那么配置一個(gè)端口（16位）剛好用滿32位如果配置一個(gè)I/O只需1個(gè)位，那么配置一個(gè)端口就用低16位，高16位保留2個(gè)數(shù)據(jù)寄存器4個(gè)控制寄存器4個(gè)其它寄存器5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用31

寄存器地址

10個(gè)寄存器集中在一起，連成一片，相鄰之間地址相差4

各寄存器按固定的順序排列，地址計(jì)算方法：基地址+偏移量寄存器符號(hào)偏移量端口模式寄存器GPIOx_MODER0x0（基地址）輸出類型寄存器GPIOx_OTYPER0x4輸出速度寄存器GPIOx_OSPEEDR0x8上拉下拉寄存器GPIOx_PUPDR0xC輸入數(shù)據(jù)寄存器GPIOx_IDR0x10輸出數(shù)據(jù)寄存器GPIOx_ODR0x14置位/復(fù)位寄存器GPIOx_BSRR0x18配置鎖存寄存器GPIOx_LCKR0x1C復(fù)用功能寄存器(低)GPIOx_AFRL0x20復(fù)用功能寄存器(高)GPIOx_AFRH0x245.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用32

寄存器地址

各個(gè)GPIO基地址RCC基地址GPIOx基地址5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用33

端口模式寄存器（GPIOx_MODER）用于配置I/O的工作模式（方向）：①輸入、②輸出、③復(fù)用功能、④模擬輸入每2個(gè)位配置1個(gè)I/O可讀/可寫（rw）

偏移量：0x0

復(fù)位值：GPIOA：0xA8000000GPIOB：0x00000280其他：0x00000000MODERy[1:0]：00：輸入模式01：通用輸出模式10：復(fù)用功能模式11：模擬模式PA15PA14PA13101010PB4PB31010復(fù)位值不為0的，是系統(tǒng)功能（調(diào)試接口）5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用34

GPIO的復(fù)位狀態(tài)上電復(fù)位后，復(fù)用功能尚未激活，所有I/O默認(rèn)進(jìn)入“復(fù)位狀態(tài)”：大多數(shù)I/O：處于輸入浮空模式幾個(gè)特殊引腳：進(jìn)入“調(diào)式待命”狀態(tài)：PA15：JTDI（上拉）PA14：JTCK/SWCLK（下拉）PA13：JTMS/SWDAT（下拉）PB4：NJTRST（上拉）PB3：JTDO（浮空）以上復(fù)位狀態(tài)又稱為“系統(tǒng)復(fù)用功能”JTAG調(diào)試接口：JTDI：數(shù)據(jù)輸入JTCK：時(shí)鐘JTMS：調(diào)試模式NJTRST：復(fù)位JTDO：數(shù)據(jù)輸出

電源及地：VDD、GNDSWD調(diào)試接口：SWCLK：時(shí)鐘 SWDAT：雙向數(shù)據(jù)

外加VDD、GND5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用35

端口模式寄存器（GPIOx_MODER）舉例如圖所示LED電路，應(yīng)如何配置相應(yīng)的端口模式寄存器？問(wèn)題：①哪個(gè)端口？哪些引腳？②是普通I/O還是復(fù)用功能？③輸入還是輸出？數(shù)字還是模擬？解答：①GPIOE，PE15、PE14、PE13、PE12共4個(gè)I/O②LED驅(qū)動(dòng)為普通I/O功能，不是復(fù)用功能③驅(qū)動(dòng)LED屬于輸出，數(shù)字信號(hào)（高低電平）GPIOE_MODER：[31:30]=01[29:28]=01[27:26]=01PE15PE14PE13PE1201010101其它位保持不變！5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用36

輸出類型寄存器（GPIOx_OTYPER）用于配置I/O的輸出類型：①推挽、②開(kāi)漏每1個(gè)位配置1個(gè)I/O可讀/可寫（rw）

配置注意事項(xiàng)高16位保留不用（保持復(fù)位值）注意不要“擴(kuò)大化”（改寫其他位）

偏移量：0x4

復(fù)位值：0x00000000OTy：0：輸出推挽（復(fù)位狀態(tài)）1：輸出開(kāi)漏5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用37

輸出類型寄存器（GPIOx_OSPEEDR）-舉例如圖所示LED電路，應(yīng)如何配置相應(yīng)的輸出類型寄存器？追加問(wèn)題：④是推挽輸出還是開(kāi)漏輸出？解答：只有當(dāng)I/O設(shè)為輸出時(shí)，才要配置輸出類型寄存器④如芯片電源與外電路一致，推挽。否則，開(kāi)漏。圖中VCC=3.3V，與STM32F401一致，故用推挽輸出GPIOE_OTYPER：[15:12]=0000PE15PE14PE13PE120000其它位保持不變！5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用38

輸出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）用于配置I/O的輸出速度：①低速、②中速、③快速、④高速每2個(gè)位配置1個(gè)I/O可讀/可寫（rw）配置注意事項(xiàng)要配置GPIOx第y位，對(duì)應(yīng)：[2y+1，2y]注意不要“擴(kuò)大化”（改寫其他位）復(fù)位值不為0的，是系統(tǒng)功能（調(diào)試接口）

偏移量：0x8

復(fù)位值：GPIOB：0x000000C0其他：0x00000000OSPEEDRy[1:0]：00：低速（2MHz）01：中速（25MHz）10：快速（50MHz）11：高速（最大速度）PB3115.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用39

上拉下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）用于配置I/O是否接上拉或下拉電阻：①無(wú)上拉或下拉、②上拉、③下拉每2個(gè)位配置1個(gè)I/O可讀/可寫（rw）配置注意事項(xiàng)要配置GPIOx第y位，對(duì)應(yīng)：[2y+1，2y]不要可以同時(shí)上拉和下拉復(fù)位值不為0的，是系統(tǒng)功能（調(diào)試接口）

偏移量：0xC

復(fù)位值：GPIOA：0x64000000GPIOB：0x00000100其他：0x00000000PUPDRy[1:0]：00：無(wú)上拉或下拉（浮空）01：上拉10：下拉11：保留（不可用）PA15PA14PA13011001PB4015.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用40

GPIOx_OSPPEDR和GPIOx_PUPDR配置舉例如圖LED電路圖，如何配置速度寄存器和上拉下拉寄存器？

追加問(wèn)題⑤輸出速度多少合適？⑥上拉還是下拉？解答⑤高速可以適應(yīng)低速，反之不然④LED接法等效于上拉，所以內(nèi)部無(wú)需再“拉”5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用41

GPIOx_OSPPEDR和GPIOx_PUPDR配置舉例輸出速度寄存器配置：高速上拉下拉寄存器配置：浮空GPIOE_OSPEEDR：[31:30]=11[29:28]=11[27:26]=11[25:24]=11PE15PE14PE13PE1211111111其它位保持不變！GPIOE_PUPDR：[31:30]=00[29:28]=00[27:26]=00[25:24]=00PE15PE14PE13PE1200000000其它位保持不變！5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用42端口控制寄存器小結(jié)用作通用I/O時(shí)，一般配置好4個(gè)控制寄存器就可以正常工作了①端口模式寄存器（GPIOx_MODER）：——輸入還是輸出？②輸出類型寄存器（GPIOx_OTYPER）：——推挽還是開(kāi)漏？③輸出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）:——快點(diǎn)還是慢點(diǎn)？④上拉下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）：——上拉還是下拉？如果是輸入，配置的寄存器還可以再少點(diǎn)，無(wú)需配置②和③如果是復(fù)用功能，在配置好上述4個(gè)寄存器的基礎(chǔ)上還要配置復(fù)用功能寄存器（

GPIOx_AFRL

和GPIOx_AFRH）不同的端口，對(duì)應(yīng)的寄存器不同，但配置方法相同：確定是哪個(gè)端口（x）

確定是哪個(gè)引腳（y）

定位相關(guān)寄存器

定位相關(guān)位（可由y算出）

進(jìn)行配置配置值要精準(zhǔn)寫入寄存器的相關(guān)位中，并且不要“牽連”其它位！即使配置值與原值可能相同，也應(yīng)寫入。5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用43練習(xí)思考題1、如圖所示按鍵電路，至少要配置哪幾個(gè)寄存器？配置值分別是多少？2、如圖所示蜂鳴器電路，至少要配置哪幾個(gè)寄存器？配置值分別是多少？5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用44

輸入數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_IDR）用于從端口輸入數(shù)據(jù)反映了I/O引腳的輸入值或狀態(tài)。讀該寄存器，即意味著輸入操作只讀（r）注意事項(xiàng)高16位保留不用（保持復(fù)位值）須以字（32位）的形式訪問(wèn)（只讀）。若有部分I/O用于輸出，讀回的數(shù)據(jù)就是這些I/O的狀態(tài)

偏移量：0x10

復(fù)位值：0x0000xxxx

（x：未定義）IDRI/O口輸入5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用45

輸出數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_ODR）用于從端口輸出數(shù)據(jù)寫該寄存器，即意味著輸出操作可讀/可寫（rw）注意事項(xiàng)高16位保留不用（保持復(fù)位值）須以字（32位）的形式訪問(wèn)（只讀）。若有部分I/O用于輸入，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)無(wú)意義（不會(huì)送達(dá)I/O引腳）

但不影響讀寫操作。

偏移量：0x14

復(fù)位值：0x0000xxxxODRI/O口輸出5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用46

置位/復(fù)位寄存器（GPIOx_BSRR）對(duì)輸出數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_ODR)的每個(gè)位進(jìn)行

置位和復(fù)位。常用于I/O初始狀態(tài)設(shè)置：置位：將ODR對(duì)應(yīng)位設(shè)置為1復(fù)位：將ODR對(duì)應(yīng)位設(shè)置為0無(wú)操作：ODR對(duì)應(yīng)位的值保持不變每1位對(duì)應(yīng)1個(gè)位，置位和復(fù)位分開(kāi)單獨(dú)操作BSRR設(shè)置ODR輸出I/O口

偏移量：0x18

復(fù)位值：0x00000000BSy(低16位用于置位操作)：0：無(wú)操作（保持不變）1：置位（設(shè)為1）BRy(高16位用于復(fù)位操作)：0：無(wú)操作（保持不變）1：復(fù)位（設(shè)為0）5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用47

置位/復(fù)位寄存器（GPIOx_BSRR）

配置注意事項(xiàng)：以字(32位)、半字(16位)、字節(jié)(8位)的形式訪問(wèn)（只寫）。讀，則返回全0與ODR第y位對(duì)應(yīng)的是第y位（置位）和第y+16位（復(fù)位）如果有部分I/O用作輸入，置位/復(fù)位操作不受影響（對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)不會(huì)送達(dá)I/O口）適用于明確的位操作：即已知“哪些位要設(shè)成1，哪些位要設(shè)成0，哪些位保持不變”的情況如果對(duì)某位同時(shí)置位和復(fù)位，則置位有效（優(yōu)先）1同時(shí)置位和復(fù)位，置位有效15.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用48

置位/復(fù)位寄存器（GPIOx_BSRR）-舉例如圖所示LED電路，應(yīng)如何配置置位/復(fù)位寄存器使其初始狀態(tài)為L(zhǎng)ED1、LED2點(diǎn)亮，LED3、LED4熄滅？①確定是哪個(gè)端口，哪個(gè)引腳？②定位相關(guān)控制寄存器，進(jìn)行配置③如何才能點(diǎn)亮和熄滅LED？④用BSRR進(jìn)行配置解答：①和②略。③I/O輸出0，點(diǎn)亮；輸出1，熄滅④用GPIOE_BSRR設(shè)置:PE12/PE13=0，PE14/PE15=1

其它I/O保持不變GPIOE_BSRR：[29:28]=11[15:14]=11PE13PE1211其它位全部寫0！PE15PE14115.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用49

配置鎖存寄存器（GPIOx_LCKR）用于鎖定并保存各端口配置寄存器的值按位鎖存，1個(gè)位對(duì)應(yīng)1個(gè)I/O，可鎖定其相關(guān)的控制寄存器和復(fù)用功能寄存器的值鎖存器激活后，鎖定的內(nèi)容便不能更改，直到復(fù)位可讀/可寫（rw），但鎖定鍵要按特定方式寫配置注意事項(xiàng)高15位保留不用（保持復(fù)位值）鎖定位(LCKy)的值須在鎖存器激活前寫入LCKy(鎖定位)：0：不鎖定相關(guān)的配置1：鎖定相關(guān)的配置LCKK(鎖定鍵)：0：鎖存器未激活1：鎖存器已激活

偏移量：0x1C

復(fù)位值：0x000000005.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用50

復(fù)用功能低位寄存器（GPIOx_AFRL）用于配置I/O端口（低8位）的復(fù)用功能每4位配置1個(gè)I/O，一共可配置8個(gè)I/O，每個(gè)I/O最多有16個(gè)復(fù)用功能（AF）每個(gè)AF的具體功能可查閱芯片手冊(cè)可讀/可寫（rw）配置注意事項(xiàng)要配置GPIOx第y位（y=0、1、…7），對(duì)應(yīng)：[4y+3，4y+2，4y+1，4y]并非每個(gè)AF都能用

偏移量：0x20

復(fù)位值：0x00000000AFRLy[3:0]：0000：AF0（復(fù)位值）0001：AF1……1111：AF155.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用51

復(fù)用功能高位寄存器（GPIOx_AFRH）用于配置I/O端口（高8位）的復(fù)用功能每4位配置1個(gè)I/O，一共可配置8個(gè)I/O，每個(gè)I/O最多有16個(gè)復(fù)用功能（AF）每個(gè)AF的具體功能可查閱芯片手冊(cè)可讀/可寫（rw）配置注意事項(xiàng)要配置GPIOx第y位（y=8、9、…15），對(duì)應(yīng)：[4(y-8)+3，4(y-8)+2，4(y-8)+1，4(y-8)]并非每個(gè)AF都能用

偏移量：0x24

復(fù)位值：0x00000000AFRHy[3:0]：0000：AF0（復(fù)位值）0001：AF1……1111：AF155.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用52

有關(guān)復(fù)用功能的說(shuō)明對(duì)復(fù)用功能來(lái)說(shuō)，GPIO的高8位和低8位是完全等效的：低8位能做的，高8位也能做，反之亦然高低8位的配置方法相同，只是對(duì)應(yīng)的復(fù)用功能寄存器不同復(fù)用功能要結(jié)合端口模式寄存器（GPIOx_MODER）和輸出類型寄存器

（GPIOx_OTYPER）一起配置AFR配置值復(fù)用功能描述0000AF0system0001AF1TIM1/20010AF2TIM3/4/50011AF3TIM9/10/110100AF4I2C1/2/30101AF5SPI1/2/3/40110AF6SPI30111AF7USART1/2AFR配置值復(fù)用功能描述1000AF8USART61001AF9I2C2/31010AF10USB

OTG_FS1011AF11--1100AF12SDIO1101AF13--1110AF14--1111AF15EVENTOUT5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用53

有關(guān)復(fù)用功能的說(shuō)明配置好復(fù)用功能寄存器后，并不意味著復(fù)用功能就可以使用了僅僅是配置了復(fù)用功能的“外部通道”，即將特定的I/O引腳與復(fù)用功能掛鉤，分配了“角色”和“任務(wù)”還要對(duì)復(fù)用功能本身進(jìn)行配置（初始化），才能正常使用一個(gè)I/O引腳在同一時(shí)刻只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能要實(shí)現(xiàn)雙重或多重功能，可采用“分時(shí)復(fù)用”，即不同時(shí)刻切換不同“身份”“復(fù)用功能”是單片機(jī)發(fā)展的一大趨勢(shì)，其目的是充分利用引腳資

源，為應(yīng)用帶來(lái)靈活和便利：同一個(gè)外設(shè)可以“映射”到不同的引腳上同一個(gè)引腳也可以連接到不同的外設(shè)上降低了硬件開(kāi)發(fā)的難度加大了軟件的復(fù)雜性5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用54

外設(shè)時(shí)鐘使能復(fù)位后，所有外設(shè)的時(shí)鐘均處于關(guān)閉狀態(tài)。在配置和使用任何一個(gè)外設(shè)前，必須使能外設(shè)時(shí)鐘RCC（復(fù)位和時(shí)鐘控制器）的功能非常多，包括時(shí)鐘配置、復(fù)位管理、外設(shè)復(fù)位和外設(shè)時(shí)鐘使能等。RCC設(shè)有以下總線外設(shè)時(shí)鐘使能寄存器：AHB1外設(shè)時(shí)鐘使能寄存器（RCC_AHB1ENR）AHB2外設(shè)時(shí)鐘使能寄存器（RCC_AHB2ENR）APB1外設(shè)時(shí)鐘使能寄存器（RCC_APB1ENR）APB2外設(shè)時(shí)鐘使能寄存器（RCC_APB2ENR）GPIOx（包括RCC本身）都在AHB1總線上，需用RCC_AHB1ENR。其他外設(shè)要根據(jù)其所在總線選擇正確的使能寄存器GPIOx時(shí)鐘使能5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用55

AHB1外設(shè)時(shí)鐘使能寄存器（RCC_AHB1ENR）用于關(guān)閉或啟動(dòng)（使能）AHB1總線上的外設(shè)時(shí)鐘。涉及外設(shè)有：GIOPx（x=A、B、C、D、E和H）CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）DMA1、DMA2注意事項(xiàng)可以字(32位)、半字(16位)、字節(jié)(8位)訪問(wèn)1位對(duì)應(yīng)一個(gè)外設(shè)（保留的位不可用）RCC基地址：0x40023800RCC_AHB1ENR偏移量：0x30

復(fù)位值：0x00000000GPIOxEN：0：GPIO時(shí)鐘關(guān)閉1：GPIO時(shí)鐘啟動(dòng)5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用56

端口配置寄存器小結(jié)4個(gè)控制寄存器，用于常規(guī)配置：①端口模式寄存器（GPIOx_MODER）：——輸入、輸出還是復(fù)用？②輸出類型寄存器（GPIOx_OTYPER）：——推挽還是開(kāi)漏？③輸出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）:——快點(diǎn)還是慢點(diǎn)？④上拉下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）：——上拉還是下拉？2個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，用于輸入、輸出操作：⑤輸入數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_IDR）:——端口輸入⑥輸出數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_ODR）:——端口輸出4個(gè)其它寄存器，用于置位/復(fù)位、配置鎖存和復(fù)用功能⑦置位/復(fù)位寄存器（GPIOx_BSRR）:——端口輸出（適合于位操作）⑧配置鎖存寄存器（GPIOx_LCKR）:——鎖定配置值（很少使用）⑨復(fù)用功能寄存器（GPIOx_AFRL）:——配置復(fù)用功能（端口低8位）⑩復(fù)用功能寄存器（GPIOx_AFRH）:——配置復(fù)用功能（端口高8位）別忘了，在配置這些寄存器之前，要先開(kāi)啟端口的時(shí)鐘！5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用57

端口配置初始化流程GPIOx時(shí)鐘使能：(RCC_AHB1ENR)是復(fù)用功能嗎？NOYES控制寄存器配置：(GPIOx_MODER)(GPIOx_OTYPER)(GPIOx_OSPEEDR)(GPIOx_PUPDR)可選配置（可選）：(GPIOx_BSRR)(GPIOx_ODR)復(fù)用功能配置：(GPIOx_AFRL)(GPIOx_AFRH)開(kāi)始結(jié)束鎖存配置（可選）：(GPIOx_LCKR)5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用58

練習(xí)思考題3、GPIOB配置成通用輸入或輸出后，其輸入或輸出操作是如何實(shí)現(xiàn)的？涉及哪個(gè)寄存器？4、數(shù)據(jù)輸出寄存器和置位/復(fù)位寄存器都可以用于I/O的輸出，試比較這二者的差異5、將PA8配置成USART_TX后，還可以用作通用I/O嗎？為什么？5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用59MDK一些重要的宏定義1）外設(shè)寄存器基地址定義（來(lái)自stm32f4xx.h）Stm32f4xx.h中，一個(gè)重要內(nèi)容就是把STM32的寄存器進(jìn)行地址映射，即把每個(gè)外設(shè)的首地址，用一個(gè)符號(hào)來(lái)代替（符號(hào)常量）。例如，對(duì)于GPIOA，其基地址是這樣定義的：其中AHB1PERIPH_BASE是AHB1外設(shè)的基地址：其中PERIPH_BASE是外設(shè)所在塊(block2)的基地址：事實(shí)上，STM32上所有外設(shè)的基地址都是這樣定義的5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用60MDK一些重要的宏定義2）外設(shè)寄存器的訪問(wèn)方法——結(jié)構(gòu)體指針。以GPIOA為例：方法1：聲明一個(gè)指向GPIOA的指針變量，再找到相關(guān)的寄存器：方法2：直接用GPIOA作為指針，訪問(wèn)寄存器：GPIOA是一個(gè)固定地址，是指針但不是變量，在stm32f4xx.h中定義：強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，將后面的整型常量轉(zhuǎn)換為GPIO_TypeDef指針類型5.2通用I/O配置寄存器第5章GPIO功能與應(yīng)用61MDK一些重要的宏定義2）外設(shè)結(jié)構(gòu)體定義（來(lái)自stm32f4xx.h）每個(gè)外設(shè)都有若干個(gè)寄存器，用來(lái)配置和操作。這些寄存器均服務(wù)于同一個(gè)外設(shè)，地址上連續(xù)排列，非常適合用結(jié)構(gòu)體來(lái)描述。例如，對(duì)GPIO的寄存器，用以下結(jié)構(gòu)體類型來(lái)定義：該結(jié)構(gòu)體有10個(gè)成員，正是GPIO的10個(gè)寄存器結(jié)構(gòu)體類型名?？梢杂迷擃愋投x結(jié)構(gòu)體變量C語(yǔ)言的一個(gè)類型修飾符，意思是“易變的”，代表可讀寫事實(shí)上，STM32上任意一個(gè)外設(shè)都定義了自己的結(jié)構(gòu)體5.3GPIO的庫(kù)函數(shù)第5章GPIO功能與應(yīng)用62（1）GPIO_Init()函數(shù)函數(shù)GPIO_Init()函數(shù)原型

VoidGPIO_Init(GPIO_TypeDef*GPIOx,GPIO_InitTypeDef*GPIO_InitStruct);功能描述根據(jù)GPIO_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)GPIOx寄存器輸入?yún)?shù)1GIPOx:x可以是A、B、C、D、E、F、G、H，以此來(lái)選擇GPIO口輸入?yún)?shù)2GPIO_InitStruct:指向結(jié)構(gòu)體GPIO_TypeDef的指針，包含外設(shè)的配置信息。輸出參數(shù)無(wú)返回值無(wú)5.3GPIO的庫(kù)函數(shù)第5章GPIO功能與應(yīng)用63（2）GPIO_SetBit()函數(shù)函數(shù)GPIO_SetBit()函數(shù)原型voidGPIO_SetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);功能描述清除指定的數(shù)據(jù)端口位輸入?yún)?shù)1GIPOx:x可以是A、B、C、D、E、F、G、H，以此來(lái)選擇GPIO口輸入?yún)?shù)2GPIO_Pin：待設(shè)置的端口位輸出參數(shù)無(wú)返回值無(wú)5.3GPIO的庫(kù)函數(shù)第5章GPIO功能與應(yīng)用64（3）GPIO_RsetBit()函數(shù)函數(shù)GPIO_RsetBit()函數(shù)原型voidGPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);功能描述設(shè)置指定的數(shù)據(jù)端口位輸入?yún)?shù)1GIPOx:x可以是A、B、C、D、E、F、G、H，以此來(lái)選擇GPIO口輸入?yún)?shù)2GPIO_Pin：待清除設(shè)置的端口位輸出參數(shù)無(wú)返回值無(wú)5.3GPIO的庫(kù)函數(shù)第5章GPIO功能與應(yīng)用65（4）GPIO_WriteBit()函數(shù)函數(shù)GPIO_WriteBit()函數(shù)原型voidGPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin,BitActionBitVal);功能描述設(shè)置或清除指定的數(shù)據(jù)端口位輸入?yún)?shù)1GIPOx:x可以是A、B、C、D、E、F、G、H，以此來(lái)選擇GPIO口輸入?yún)?shù)2GPIO_Pin:設(shè)置或清除指定的數(shù)據(jù)端口位輸入?yún)?shù)3BitVal:該參數(shù)指定了待寫入的值Bit_RESET：清除數(shù)據(jù)端口位Bit_SET：設(shè)置數(shù)據(jù)端口位輸出參數(shù)無(wú)返回值無(wú)5.3GPIO的庫(kù)函數(shù)第