一.GPIO的简介
二.GPIO工作模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-
1.浮空输入模式
2.上拉输入模式
3.下拉输入模式
4.模拟输入模式
三.GPIO工作模式-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输出-输输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输-输
1.泄漏输出模式
2.推拉输出模式
三、复用开漏输出
4.复用推挽输出
四.GPIO模式总结
五.GPIO配置用法
1.cubemx配置GPIO前基本配置
2.GPIO输出模式的配置
3.GPIO配置输入模式
4.配置完成后生成代码
5.相关GPIO代码
一.GPIO的简介
GPIO它是通用输入输出端口的缩写，简单地说就是STM32可控引脚，STM32芯片的GPIO引脚与外部设备连接，实现与外部通信、控制和数据采集的功能。STM32芯片的GPIO分为多组，每组有16个引脚，全部GPIO引脚具有基本的输入输出功能。
最基本的输出功能是由STM32控制引脚输出高低电平，实现开关控制GPIO引脚接入LED灯，可以控制LED灯亮灭，引脚接入继电器或三极管，可通过继电器或三极管控制外部大功率电路的通断。
最基本的输入功能是检测外部电平，如把手GPIO将引脚连接到按钮上，区分按钮是否按下电平。
GPIO的复用：
STM32F4 内置外设很多，这些外设的外引脚都是和 GPIO 共享。换句话说，引脚可以起到很多作用，但默认IO如果你想用一个嘴 GPIO需要内置外设的功能引脚GPIO那就当这个吧 GPIO 用作内置外设时，称为复用。 比如说串口 就是GPIO复用为串口
二.GPIO工作模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模式-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-输入模-
GPIO剖图如图所示
我们用的每一个GPIO它的内部结构是这样对应的GPIO的八种模式 这里我们简单介绍一下：
二极管保护： IO当引脚电压高于引脚电压时，两个引脚上下两侧的二极管用于防止引脚外部过高和过低的电压输入VDD_FT当引脚电压低于时，当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁 上拉和下拉电阻：控制引脚默认状态的电压。上拉时，引脚默认电压为高电平，下拉时，引脚默认电压为低电平 TTL施密特触发器：当输入电压高于正阈值电压时，基本原理是输出高；当输入电压低于负阈值电压时，输出低；IO触发器后，模拟信号转换为0和1的数字信号 也就是高低电平 并且是TTL电平协议 这就是为什么STM32是TTL电平协议的原因 P-MOS管和N-MOS管：信号由P-MOS管和N-MOS管，依据两个MOS管道的工作模式，使GPIO推拉输出和漏输出模式 P-MOS管道高电平导通，低电平关闭，下方N-MOS低电平导通，高电平关闭 注： VDD_FT 代表IO口，兼容3.3V和5V，如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果如果没有如果没有如果没有如果如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果如果没有如果没有如果没有如果没有如果如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果如果没有如果没有如果没有如果没有如果如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有如果没有FT，代表不兼容5V
1.浮空输入模式
在浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。MCU直接读取I/O口电平，I/O电平状态不确定，完全由外部输入决定；如果引脚悬挂（无信号输入），则不确定读取端口的电平。 (用电压表测量其引脚电压为1点几伏，这是一个不确定值) 以用来做KEY识别。
上图中的红色表示为浮动输入的过程。外部输入0读0，外部输入1读1，外部没有输入IO处于阻塞读不出电平的状态。
用途:感觉信号处理用的比较好。比如读一段波形，就能清楚的知道什么时候是0信号，什么时候是1信号，什么时候没有信号。
2.上拉输入模式
IO如果内部连接拉电阻，此时如果IO口外无信号输入或引脚悬空，IO默认为高电平 如果I/O口输入低电平，引脚为低电平，MCU读取到的就是低电平
STM32内部上拉是"弱上拉"，也就是说，上拉输出的电流非常弱，如果需要大电流，仍然需要外拉。
上拉输入和浮空输入的区别在于，如上图所示，上拉电阻上图所示。IO当没有输入时，IO电平等于VDD即1电平，当然IO输入低电平的东西是VDD和IO根据分压法，口形成闭环电路IO出口分担的电压为0。IO输入为1时，IO口电压和VDD上拉电阻等于断开，IO嘴的电压还是0。
用途：特别适用于按键使用。按键的一端接地，一端接地IO口，当按钮未按下时，电平为高电平，当按钮按下时IO是低电平。
小计：
无论输入1还是不输入上拉输入IO电平为1，输入0为IO口的电平是0
PS按钮是共地还是共地？VCC小心选择
3.下拉输入模式
IO如果此时内部接下拉电阻，IO口外无信号输入或引脚悬空，IO默认为低电平 如果I/O口输入高电平，引脚为高电平，MCU读取的是高电平
下拉输入和上拉输入的区别在于上拉电阻的开关已经打开，下拉电阻的开关已经关闭所示。IO当没有输入时，IO电平等于VSS即0电平，当IO输入高电平时IO口就和VSS成一个闭合电路，根据分压法，电压都分担到了电阻上，所以IO口电平为高电平。当然IO输入为低电平的时候，IO口肯定是低电平。
用处：在按键使用的时候特别适用，按键的一端接VCC，一端接IO口，当按键没有按下的时候电平为低电平，当按键按下的时候IO是高电平电平。
PS按键是共地还是共VCC选择的时候要慎重。
4.模拟输入模式
当GPIO引脚用于ADC采集电压的输入通道时，用作"模拟输入"功能，此时信号不经过施密特触发器，直接直接进入ADC模块，并且输入数据寄存器为空 ，CPU不能在输入数据寄存器上读到引脚状态
当GPIO用于模拟功能时，引脚的上、下拉电阻是不起作用的，这个时候即使配置了上拉或下拉模式，也不会影响到模拟信号的输入输出
除了 ADC 和 DAC 要将 IO 配置为模拟通道之外其他外设功能一律 要配置为复用功能模式，
模拟输入和其他输入最大的区别
1、 没有连接TTL触发器，这样保留最原始的电压值，不是转换过后的0和1信号
2、 数据连接的终点不一样，其他的输入我们都是读取输入寄存器的值，而模拟输入，数据直接送到片上外设，一般是ADC。
三.GPIO工作模式-----输出
1.开漏输出模式
在开漏输出模式时，只有N-MOS管工作，如果我们控制输出为0，低电平，则P-MOS管关闭，N-MOS管导通，使输出低电平，I/O端口的电平就是低电平，若控制输出为1时，高电平，则P-MOS管和N-MOS管都关闭，输出指令就不会起到作用，此时I/O端口的电平就不会由输出的高电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定 如果没有上拉或者下拉 IO口就处于悬空状态
并且此时施密特触发器是打开的，即输入可用，通过输入数据寄存器GPIOx_IDR可读取I/O的实际状态。，I/O口的电平不一定是输出的电平。
2.推挽输出模式
在推挽输出模式时，N-MOS管和P-MOS管都工作，如果我们控制输出为0，低电平，则P-MOS管关闭，N-MOS管导通，使输出低电平，I/O端口的电平就是低电平，若控制输出为1 高电平，则P-MOS管导通N-MOS管关闭，使输出高电平，I/O端口的电平就是高电平， 外部上拉和下拉的作用是控制在没有输出时IO口电平
类比： 学过51单片机PO口，对PO口就是类似的开漏输出， PO口作为输出的时候一定要加上拉电阻，加上上拉电阻后，输入寄存器为1的时候，n-mos截止截止了，好比IO和输出端断开，这是IO口点压就等于上拉电阻的电压。这样变输出了高电平，如果IO口的高电平，连接到了外设低电平的，就会产生电流，电流不会流到IO口，（N-mos管截止了）直接流到外设。是不是增大了驱动能力了。（IO口的驱动能力有限，不能容忍大电流）。
3.复用开漏输出
GPIO复用为其他外设，输出数据寄存器GPIOx_ODR无效； 输出的高低电平的来源于其它外设，施密特触发器打开，输入可用，通过输入数据寄存器可获取I/O实际状态 除了输出信号的来源改变 其他与开漏输出功能相同。
4.复用推挽输出
GPIO复用为其他外设(如 I2C)，输出数据寄存器GPIOx_ODR无效； 输出的高低电平的来源于其它外设，施密特触发器打开，输入可用，通过输入数据寄存器可获取I/O实际状态 除了输出信号的来源改变 其他与开漏输出功能相同。
开漏输出和推挽输出的区别：
推挽输出：
可以输出强高低电平，连接数字器件
推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止.
开漏输出：
可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极. 需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平 合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)；
在使用任何一种开漏模式时，都需要接上拉电阻，否则只能输出低电平。
推挽输出电路： 其中IN端输出高电平时下面的PNP三极管截止，而上面NPN三极管导通，输出电平VS+；当IN端输出低电平时则恰恰相反，PNP三极管导通，输出和地相连，为低电平
开漏输出电路：IN端输出低电平时，三极管导通，使输出接地，IN端输出高电平时，三极管截止，所以引脚既不输出高电平，也不输出低电平，为高阻态。为正常使用时必须接上拉电阻，
在STM32中选用IO模式:
上拉输入、下拉输入可以用来检测外部信号；例如，按键等； 模拟输入 ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电 开漏输出一般应用在I2C、SMBUS通讯等需要"线与"功能的总线电路中。 推挽输出模式一般应用在输出电平为0和3.3伏而且需要高速切换开关状态的场合。在STM32的应用中，除了必须用开漏模式的场合，我们都习惯使用推挽输出模式。 复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能（I2C的SCL,SDA） 复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）
四.GPIO模式总结
在 STM32 中选用 IO 模式 （1） 浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入，可以做 KEY 识别， RX1 （2）带上拉输入_IPU——IO 内部上拉电阻输入 （3）带下拉输入_IPD—— IO 内部下拉电阻输入 （4） 模拟输入_AIN ——应用 ADC 模拟输入，或者低功耗下省电 （5）开漏输出_OUT_OD ——IO 输出 0 接 GND， IO 输出 1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出 高电平。当输出为 1 时， IO 口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样 IO 口也就可以 由外部电路改变为低电平或不变。可以读 IO 输入电平变化，实现 C51 的 IO 双向功能 （6）推挽输出_OUT_PP ——IO 输出 0-接 GND， IO 输出 1 -接 VCC，读输入值是未知的 （7）复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能（I2C 的 SCL,SDA） （8）复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS） STM32 设置实例： （1）模拟 I2C 使用开漏输出_OUT_OD，接上拉电阻，能够正确输出 0 和 1；读值时先 GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0)；拉高，然后可以读 IO 的值；使用 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0)； （2）如果是无上拉电阻， IO 默认是高电平；需要读取 IO 的值，可以使用带上拉输入_IPU 和浮空输入 _IN_FLOATING 和开漏输出_OUT_OD； 通常有 5 种方式使用某个引脚功能，它们的配置方式如下： 1）作为普通 GPIO 输入：根据需要配置该引脚为浮空输入、 带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时不要使能 该引脚对应的所有复用功能模块。 2）作为普通 GPIO 输出：根据需要配置该引脚为推挽输出或开漏输出，同时不要使能该引脚对应的所有复 用功能模块。 3）作为普通模拟输入：配置该引脚为模拟输入模式，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。 4）作为内置外设的输入：根据需要配置该引脚为浮空输入、 带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时使能该引 脚对应的某个复用功能模块。 5）作为内置外设的输出：根据需要配置该引脚为复用推挽输出或复用开漏输出，同时使能该引脚对应的所 有复用功能模块。
五.GPIO配置用法
1.cubemx配置GPIO前的基本配置
（1）打开cubemx选择stm32f103c8t6
（2）配置系统伏仿真调试接口， 在System Core 目录下单击SYS选项，将其中的Debug选项选为Serial Wire, 此时PA13 PA14引脚会被占用，配置图如下：
（3）配置系统时钟源，在System Core 目录下单击RCC选项，将其中的High Speed Clock( HSE )选项选为Crystal/ceramic resona…, 此时PD0 PD1引脚会被占用，配置图如下：
2.GPIO输出模式的配置
（1）配置GPIO PC13引却为输出,在右侧图中单击PC13引脚 ，在出现的选项选框中选择GPIO_Output 选项，选完后在在System Core 目录下单击GPIO选项,在GPIO子项中单击列表中的PC13,可看查看到PC13的详细设置参数.默认如下图配置，为推挽输出。
GPIO output level:指的是单片机一通电，默认的io口的电平。
GPIO mode:配置模式的选择。有两种
GPIO Pull-up/ Pull-down:上下拉的选择，有三种
Maximun output speed:输出速度的选择。有三种
User Label:自定义该io口的命名。
（2）配置开漏输出，选择上拉输出
3.GPIO输入模式的配置
（1）配置GPIO PC13引却为输入,在右侧图中单击PC13引脚 ，在出现的选项选框中选择GPIO_Iutput 选项，选完后在在System Core 目录下单击GPIO选项,在GPIO子项中单击列表中的PC13,可看查看到PC13的详细设置参数.
(2)输入模式的选择，可在输入时选择上下拉的配置，分边对应的浮空，上拉，下拉的模式
4.配置完成后生成代码
5.相关GPIO代码
（1）设置为推挽输出配置完成生成工程，下面介绍调用的函数，首先是GPIO控制函数：
HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
例如我想要控制PA0为高电平：
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);我想要控制PA0为低电平：
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_RESET);下面是GPIO的自动翻转的函数：
void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)例如控制PA0自动翻转
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_0)；（2）设置为输入配置完成生成工程，下面介绍调用的函数，首先是GPIO控制函数：
HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0);if(!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1))
{
HAL_Delay(20);
if(!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1))
{
key_val=1;
}
while(!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1));
}
还有其他更多的按键扫描方式，较为常用的是状态机矩阵按键扫描法，但是这种方法需要不断的扫描IO口，尽管没有延时但依旧占用大量的CPU资源，如果系统较复杂可能回影响系统的实时性能。
在高度复杂的系统中最好采用矩阵基于中断的矩阵键盘扫描法，即在普通状态下无需扫描，只当按键被按下触发了中断才进行一次按键扫描。