目錄

3.1 GPIO簡介

3.2 GPIO基本結構

3.3 GPIO位結構

輸入部分：

二極管的保護作用：

施密特觸發器：

片上外設端口

輸出部分：

MOS管

3.4 GPIO模式

3.4.1 浮空/上拉/下拉輸入

3.4.2 模擬輸入

3.4.3 開漏/推挽輸出

3.4.4 復用開漏/推挽輸出

3.5 LED和蜂鳴器簡介

3.5.1 LED和蜂鳴器的硬件電路

參考資料

3.6 面包板（供電區要通過跳線和中間區域連接）

3.7 LED代碼

第一步：開啟時鐘，初始化時鐘

第二步：將Delay函數加入工程，添加組，然后，魔術棒添加文件路徑

第三步：寫代碼點亮LED

第四步：按圖接線，如果要反接開漏模式，正接推挽模式，LED長線為正

3.8 LED流水燈代碼

第一步：按圖接線，將LED流水燈，連接到面包板上

第二步：復制LED閃爍代碼，然后，改名文件夾

第三步：修改LED閃爍代碼，實現LED流水燈

LED閃爍代碼

LED流水燈代碼

3.9 蜂鳴器代碼

第一步：按圖連接蜂鳴器到，面包板上，圖一畫圈按照圖二畫圈部分來接線

第二步：復制LED閃爍代碼，修改實現蜂鳴器代碼

LED閃爍

蜂鳴器代碼

3.10 按鍵簡介

3.11 傳感器模塊簡介

上下拉電阻思維理解AO端模擬電壓輸出（與圖形結合）

3.11.1 硬件電路

3.11.2 參考資料

3.12?按鍵控制LED代碼

第一步：按圖接線到面包板

第二步：復制新建工程代碼

第三步：打開文件夾，新建一個文件夾，命名為Hardware，用于模塊化編程，存放硬件驅動，然后在工程新建一個組和添加文件路徑

第四步：模塊化代碼

LED.c

LED.h（防止重復定義的條件編譯，最后一行必須是空的）

Key.c

Key.h

main.c

3.13?光敏傳感器控制蜂鳴器代碼

第一步：按圖接線到面包板

第二步：復制按鍵控制LED代碼

第三步：模塊化代碼

Buzzer.c（與LED.c的代碼基本一致，復制粘貼后只需要修改其中的端口、引腳即可）

Buzzer.h

LightSensor.c

LightSensor.h

main.c

3.15 總結GPIO的使用方法（以LED代碼模塊為例）

1.初始化時鐘

2.定義結構體，賦值結構體

3.將指定的GPIO外設初始化

3.16 GPIO庫函數

RCC開啟GPIO時鐘的庫函數

GPIO初始化庫函數

3.15上述的完整代碼

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3.1 GPIO簡介

GPIO（General Purpose Input Output）通用輸入輸出口

可配置為8種輸入輸出模式

引腳電平：0V~3.3V，部分引腳可容忍5V

輸出模式下可控制端口輸出高低電平，用以驅動LED、控制蜂鳴器、模擬通信協議輸出時序等

輸入模式下可讀取端口的高低電平或電壓，用于讀取按鍵輸入、外接模塊電平信號輸入、ADC電壓采集、模擬通信協議接收數據等

3.2 GPIO基本結構

3.3 GPIO位結構

輸入部分：

I/O引腳，接了兩個保護二極管，這個是對輸入電壓進行限幅，上面二極管：接VDD，3.3V，下面二極管：接VSS，0V，電壓在0~3.3V之間二極管不會導通

二極管的保護作用：

如果輸入電壓比3.3V還要高，那上方這個二極管就會導通，輸入電壓產生的電流就會直接接入VDD而不會流入內部電路，這樣就會避免過高的電壓對內部這些電路產生傷害

如果輸入電壓比0V還低，這個電壓是相對于VSS的電壓，所以是可以有負電壓的，那這個時候下方這個二極管就會導通，電流會從VSS直接流出去，而不會從內部電路汲取電流，也是可以保護內部電路的

上拉電阻和下拉電阻，上拉電阻置VDD，下拉電阻置VSS，這個開關是可以通過程序進行配置的

（弱）上拉輸入模式：上面導通，下面斷開，默認高電平模式

（弱）下拉輸入模式：下面導通，上面斷開，默認低電平模式

浮空輸入模式：兩個都斷開，不確定電平高低

上拉和下拉的作用，為了給輸入提供一個默認的輸入電平

施密特觸發器：

對輸入電壓進行整形，執行邏輯：輸入電壓大于某一閾值，輸出就會瞬間升為高電平，輸入電壓小于某一閾值，輸出就會瞬間降為低電平

通過施密特觸發器整形波形，可以直接寫入輸入數據寄存器，這時用程序讀取輸入數據寄存器對應的某一位的數據，就能知道端口的輸入

片上外設端口

模擬輸入：連接到ADC上，因為ADC需要接收模擬量，所以在施密特觸發器前面

復用功能輸入：連接到其他需要讀取端口的外設上，比如：串口的輸入引腳；這根線接收的數字量，所以在施密特觸發器后面

輸出部分：

輸出部分可以由輸出數據寄存器活片上外設控制，兩種控制方式通過數據選擇器接到了輸出部分；選擇輸出寄存器控制，就普通I/O口輸出，寫這個數據寄存器的某一位就可以操作對應的某個端口

位設置/清除寄存器這個可以用來單獨操作輸出數據寄存器的某一位，而不影響其他位，因為輸出數據寄存器同時控制16個端口，并且這個寄存器只能整體讀寫，所以想單獨控制其中某一個端口而不影響其他端口的話，需要一些獨特的方式

第一種方法：先讀出這個寄存器，然后按位與按位或的方式更改某一位，最后再將更改后的數據寫回去，這種方式效率不高，操作麻煩

第二種方法：就是用到位設置/清除寄存器，如果要對某一位進行置1的操作，在位設置寄存器的對應位寫1，，不需要的操作寫0，自動將輸出數據寄存器對應位置1，而剩下寫0的位則保持不變，這樣就保證了只操作其中某一位而不影響其他位，并且這是一步到位的操作，如果，想對輸出數據寄存器某一位進行清0的操作，在位清除寄存器的對應位寫1

MOS管

上面是P-MOS，下面是N-MOS，這個MOS管是一種電子開關，信號來控制開關的導通和關閉，開關負責將I/O口接到VDD或者VSS，可以選擇推挽、開漏、關閉三種模式

推挽輸出模式（強推輸出模式）：P-MOS和N-MOS均有效；數據寄存器為1時，上管導通，下管斷開，輸出直接接到VDD，輸出高電平；數據寄存器為0時，下管導通，上管斷開，輸出直接接到VSS，輸出低電平

開漏輸出模式（只有低電平有驅動能力，高電平沒有驅動能力，通信協議的驅動方式（避免各個設備的相互干擾），還可輸出5V的電平信號）：P-MOS是無效，N-MOS有效；數據寄存器為1時，下管斷開，這時輸出想當于斷開，也就是高阻模式；數據寄存器為0時，下管導通，輸出直接接到VSS，也就是輸出低電平

關閉輸出模式，P-MOS和N-MOS均無效，也就是輸出關閉，端口的電平由外部信號控制

3.4 GPIO模式

通過配置GPIO的端口配置寄存器，端口可以配置成以下8種模式

3.4.1 浮空/上拉/下拉輸入

輸入模式下，輸出驅動器是斷開的，端口只能輸入不能輸出，在上拉電阻和下拉電阻進行操作，使其加入浮空/上拉/下拉輸入，在施密特觸發器進行波形整形后，連接到輸入數據寄存器

3.4.2 模擬輸入

模擬輸入下，引腳直接接入片上外設，也就是ADC，將引腳配置為模擬輸入就行

3.4.3 開漏/推挽輸出

P-MOS無效，就是開漏輸出，P-MOS和N-MOS有效，推挽輸出，在輸出模式下，輸入模式是有效的，因為一個端口只能有一個輸出，但可以有多個輸入

3.4.4 復用開漏/推挽輸出

只由片上外設控制

3.5 LED和蜂鳴器簡介

LED：發光二極管，正向通電點亮，反向通電不亮

有源蜂鳴器：內部自帶振蕩源，將正負極接上直流電壓即可持續發聲，頻率固定

無源蜂鳴器：內部不帶振蕩源，需要控制器提供振蕩脈沖才可發聲，調整提供振蕩脈沖的頻率，可發出不同頻率的聲音

3.5.1 LED和蜂鳴器的硬件電路

第一張圖是低電平驅動的電路，LED正極接3.3V，負極通過一個限流電阻接到PA0上，當PA0輸出低電平時，LED兩端就會產生電壓差，就會形成正向導通的電流，LED就會點亮，當PA0輸出高電平時，沒有電壓差，LED就熄滅；第二張圖，高電平驅動電路，PA0高電平亮，PA0低電平滅

要看I/O口高低電平的驅動能力如何，決定選擇哪種方式驅動，GPIO在推挽輸出模式下，高低電平均有比較強的驅動能力，這兩種都可以，如果高電平驅動能力弱，不能使用第二種連接方法

第一張圖是PNP三極管（PNP的三極管最好接上邊）的驅動電路，三極管的左邊是基極，帶箭頭的是發射極，剩下的是集電極，基極給低電平，三極管導通，通過3.3V和GND，就可以給蜂鳴器提供驅動電流，反之；第二張是NPN三極管（NPN的三極管最好接下邊）的驅動電路，三極管的左邊是基極，帶箭頭的是發射極，剩下的是集電極，基極給高電平導通，低電平斷開

參考資料

3.6 面包板（供電區要通過跳線和中間區域連接）

3.7 LED代碼

第一步：開啟時鐘，初始化時鐘

第二步：將Delay函數加入工程，添加組，然后，魔術棒添加文件路徑

第三步：寫代碼點亮LED

第四步：按圖接線，如果要反接開漏模式，正接推挽模式，LED長線為正

3.8 LED流水燈代碼

第一步：按圖接線，將LED流水燈，連接到面包板上

第二步：復制LED閃爍代碼，然后，改名文件夾

第三步：修改LED閃爍代碼，實現LED流水燈

LED閃爍代碼

LED流水燈代碼

3.9 蜂鳴器代碼

第一步：按圖連接蜂鳴器到，面包板上，圖一畫圈按照圖二畫圈部分來接線

第二步：復制LED閃爍代碼，修改實現蜂鳴器代碼

LED閃爍

蜂鳴器代碼

3.10 按鍵簡介

按鍵：常見的輸入設備，按下導通，松手斷開

按鍵抖動：由于按鍵內部使用的是機械式彈簧片來進行通斷的，所以在按下和松手的瞬間會伴隨有一連串的抖動

按鍵的抖動，對于高速運行的單片機來說，5~10ms是很漫長的，所以要消抖（在按鍵按下和松開時，都加一個延遲函數），否則就會出現，按一次按鍵單片機出現反映了多次的現象

3.11 傳感器模塊簡介

傳感器模塊：傳感器元件（光敏電阻/熱敏電阻/紅外接收管等）的電阻會隨外界模擬量的變化而變化，通過與定值電阻分壓即可得到模擬電壓輸出，再通過電壓比較器進行二值化即可得到數字電壓輸出

上下拉電阻思維理解AO端模擬電壓輸出（與圖形結合）

當這個N1阻值變小時，下拉作用就會增強，中間的AO端的電壓就會拉低（極端情況下，N1阻值為0，AO輸出被完全下拉，輸出為0V）；當N1阻值變大，下拉作用就會減弱，中間的引腳由于R1的上拉作用，電壓就會升高（極端情況下，N1阻值無窮大，相當于斷路，輸出電壓被R1拉高至VCC）

AO端模擬電壓二值化輸出，就是數字輸出（與圖結合）

電壓比較器，當同向輸入端電壓大于反向輸入端的電壓時，輸出就會瞬間升高為最大值（VCC）；反之，輸出瞬間降為最小值（GND）

3.11.1 硬件電路

按鍵的四種接法，圖一圖二是下接按鍵的方式（一般使用這種），圖三圖四是上接按鍵的方式

圖一：隨便選取一個GPIO口，比如PA0，然后通過K1接地，按鍵按下時，PA0被直接下拉到GND，此時讀取PA0口的電平就是低電平，當按鍵松手時PA0被懸空（電壓不確定），所以這種接法下，必須要求PA0是上拉輸入模式，這樣按下按鍵，引腳低電平，松手，引腳高電平

圖二：相比圖一多了一個上拉電阻，PA0可以使浮空輸入或者上拉輸入，這樣按下按鍵，引腳低電平，松手，引腳高電平

圖三：K1接到3.3V，必須要求PA0接到下拉輸入模式，這樣按鍵按下時高電平，松手是低電平

圖四：相比于圖三，多了一個下拉電阻，這樣按鍵按下時高電平，松手是低電平

傳感器模塊電路

3.11.2 參考資料

3.12?按鍵控制LED代碼

第一步：按圖接線到面包板

第二步：復制新建工程代碼

第三步：打開文件夾，新建一個文件夾，命名為Hardware，用于模塊化編程，存放硬件驅動，然后在工程新建一個組和添加文件路徑

第四步：模塊化代碼

LED.c

LED.h（防止重復定義的條件編譯，最后一行必須是空的）

Key.c

Key.h

main.c

3.13?光敏傳感器控制蜂鳴器代碼

第一步：按圖接線到面包板

第二步：復制按鍵控制LED代碼

第三步：模塊化代碼

Buzzer.c（與LED.c的代碼基本一致，復制粘貼后只需要修改其中的端口、引腳即可）

Buzzer.h

LightSensor.c

LightSensor.h

main.c

3.15 總結GPIO的使用方法（以LED代碼模塊為例）

1.初始化時鐘

2.定義結構體，賦值結構體

GPIO_Mode，選擇8種輸入輸出模式

GPIO_Pin選擇引腳，可以用按位或（|）的方式同時選中多個引腳

GPIO_Speed選擇輸出速度，要求不高直接50MHz即可

3.將指定的GPIO外設初始化

3.16 GPIO庫函數

RCC開啟GPIO時鐘的庫函數

GPIO初始化庫函數

void GPIO_DeInit 調用這個函數之后，所指定的GPIO外設就會被復位

void GPIO_AFIODeInit 調用這個函數之后，可以復位AFIO外設

void GPIO_Init 這個函數作用是用結構體的參數來初始化GPIO口，需要先定義一個結構體變量，然后再給結構體賦值，最后調用這個函數，這個函數就會自動讀取結構體的值，然后自動把外設的各個參數配置好，一般初始化外設都是使用這個Init函數完成

void GPIO_StructInit 這個函數可以把結構體變量賦一個默認值

uint8_t GPIO_ReadInputDataBit、uint16_t GPIO_ReadInputData、uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit、uint16_t GPIO_ReadOutputData這四個是GPIO讀取函數

void GPIO_SetBits、void GPIO_ResetBits、void GPIO_WriteBit、void GPIO_Write這四個是GPIO寫入函數

3.15上述的完整代碼