STM32 CubeMX 學習：001-GPIO的使用

背景

在上一講STM32 CubeMX 學習：搭建開發環境中，我們已經利用CubeMx搭建了可編譯的工程。

今天就開始來介紹STM32 GPIO的有關知識，以及如何驅動它。

HOST-OS : Windows-10
STM32 Cube ：v5.6
MCU : STM32F429
LIB : stm32cube_fw_f4_v1250

知識

在STM32中，GPIO可以被用作：

• 中斷源(GPIO_MODE_IT)和事件源(GPIO_MODE_EVT)
• 接收模擬量(GPIO_MODE_ANALOG)
• 復用I/O，(比如可以被作為串口模塊使用，要用GPIO_MODE_AF_x來設置)
• 設置輸入或者輸出

當作為輸入或者輸出時，GPIO有這些屬性：輸入輸出方向；也可以設置速度，上下拉，推挽開漏等電器特性。

在Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Inc/stm32f4xx_hal_gpio.h中有關於 GPIO屬性的 定義。

/** 
  * @brief GPIO Init structure definition  
  */ 
typedef struct
{
  uint32_t Pin;       /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
                           This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */

  uint32_t Mode;      /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
                           This parameter can be a value of @ref GPIO_mode_define */

  uint32_t Pull;      /*!< Specifies the Pull-up or Pull-Down activation for the selected pins.
                           This parameter can be a value of @ref GPIO_pull_define */

  uint32_t Speed;     /*!< Specifies the speed for the selected pins.
                           This parameter can be a value of @ref GPIO_speed_define */

  uint32_t Alternate;  /*!< Peripheral to be connected to the selected pins. 
                            This parameter can be a value of @ref GPIO_Alternate_function_selection */
}GPIO_InitTypeDef;

Pin ： 指定的引腳號，右值表達式可以是 GPIO_PIN_0 ~ GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_All 任意相或

Mode： 引腳的模式(作為中斷時還有更多的選項)

• GPIO_MODE_INPUT　　　　　　 浮空輸入模式：電平狀態取決於GPIO外部的電平狀態；若在GPIO外部的引腳懸空時，讀取結果是不確定的。
• GPIO_MODE_OUTPUT_PP　　　　推挽(Pull)輸出模式（輸出較大電流）：推拉輸出 既提高電路的負載能力，又提高開關速度。
• GPIO_MODE_OUTPUT_OD　　　　開漏(Drain)輸出模式（一般外接上拉電阻，如果外部不接上拉電阻只能輸出低電平），可用於不同電壓的系統之間的通信
• GPIO_MODE_AF_PP 　　　　　　復用推挽輸出模式
• GPIO_MODE_OUTPUT_OD　　　　復用開漏輸出模式
• GPIO_MODE_ANALOG　　　　　 復用模擬輸入輸出模式（ADC/DAC專用）

Pull：上/下拉模式

• GPIO_NOPULL　　 無(針對輸出模式)
• GPIO_PULLUP　　 上拉輸入(針對輸入模式)
• GPIO_PULLDOWN 下拉輸入(針對輸入模式)

假設有一個GPIO口接到了 一個按鍵的一端，在此時：

• 如果按鍵的右端接正電源，那么就要 為 GPIO_PULLDOWN(下拉模式)，因為這樣才能使得按鍵按下去的時候，能把I / O腳拉高，否則按鍵的功能等於擺設。
• 同理，如果按鍵另一端接地，我們就要設置為GPIO_PULLUP(上拉模式)了。

Speed：IO口速率（I/O口驅動電路的響應速度）
當STM32的GPIO端口設置為輸出模式時，有三種速度可以選擇：2MHz、10MHz和50MHz，通過選擇速度來選擇不同的驅動電路，達到最佳的噪聲控制和降低功耗的目的。（高頻的驅動電路，噪聲也高，當不需要高的輸出頻率時，請選用低頻驅動電路，這樣非常有利於提高系統的EMI性能。）
STM32F429的端口輸出速率為括號內容：

• GPIO_SPEED_LOW; 　　 （2）　　 2MHz注意：
• GPIO_SPEED_MEDIUM;　 （25）　 12.5MHz ~ 50MHz
• GPIO_SPEED_FAST;　　 （50）　　25MHz ~ 100 MHz
• GPIO_SPEED_HIGH;　　 （100）　 50MHz ~ 200MHz

Alternate：復用功能
本節課不講。

CubeMx對GPIO的配置

注意，使用GPIO之前需要配置相應的時鍾。當配置了引腳而顯示了⚠RCC，證明需要RCC沒有配置好。

1）在Pinout& Confiurgation頁的Pinout view中，點擊引腳，設置為GPIO_Input或GPIO_Output。

2）點擊左欄的GPIO，選擇配置的引腳，在界面下方中部靠左的位置可以看到 類似PF4 Configuration這一欄，根據引腳輸入輸出類型的不同，有這些選項

• GPIO output level(初始化輸出電平)
• GPIO mode(模式)
• GPIO Pull-up/Pull-down(上下拉)
• Maximum output speed (輸出響應速度)
• User Label(用戶標簽): 可以標記這個引腳是做什么用的，提高可讀性。

3）點擊右上角的GENERATE CODE生成工程

4）使用外部的工具鏈編譯工程，確保沒有問題。

代碼分析

我們看關鍵函數

初始化

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}


/**
  * @brief GPIO Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);

  /*Configure GPIO pin : PF0 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pin : PF4 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pin : PF5 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;
  HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);

}

讀寫有關api

讀取引腳

GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
返回值： GPIO_PIN_SET(1) 或者 GPIO_PIN_RESET(0)

參數: 
    GPIOx : 端口，可以是 GPIOA ~ GPIOK
    GPIO_Pin：引腳，可以是 GPIO_PIN_0 ~ GPIO_PIN_15

范例：
    // 將 GPIOF 的 Pin5 設置為 低電平
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);

設置引腳

    // 設置
　　void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState);

    // 翻轉引腳電平
    void HAL_GPIO_TogglePin (GPIO_TypeDef * GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

參數: 
    GPIOx : 端口，可以是 GPIOA ~ GPIOK
    GPIO_Pin：引腳，可以是 GPIO_PIN_0 ~ GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_All 任意相或
    PinState：電平狀態, GPIO_PIN_SET(1) 或者 GPIO_PIN_RESET(0)