第一節 IO簡介

GPIO是通用輸入/輸出端口的簡稱，是STM32可控制的引腳。GPIO的引腳與外部硬件設備連接，可實現與外部通訊、控制外部硬件或者采集外部硬件數據的功能。每個GPIO內部都有這樣的一個電路結構：

這邊的電路圖稍微提一下：

保護二極管：IO引腳上下兩邊兩個二極管用于防止引腳外部過高、過低的電壓輸入。當引腳電壓高于VDD時，上方的二極管導通；當引腳電壓低于VSS時，下方的二極管導通，防止不正常電壓引入芯片導致芯片燒毀。但是盡管如此，還是不能直接外接大功率器件，須加大功率及隔離電路驅動，防止燒壞芯片或者外接器件無法正常工作。

P-MOS管和N-MOS管：由P-MOS管和N-MOS管組成的單元電路使得GPIO具有“推挽輸出”和“開漏輸出”的模式。這里的電路會在下面很詳細地分析到。

Q-TTL肖特基觸發器：信號經過觸發器后，模擬信號轉化為0和1的數字信號。但是，當GPIO引腳作為ADC采集電壓的輸入通道時，用其“模擬輸入”功能，此時信號不再經過觸發器進行TTL電平轉換。ADC外設要采集到的原始的模擬信號。

這里需要注意的是，在查看數據手冊中，會看到有“FT”一列，這代表著這個GPIO口時兼容3.3V和5V的；如果沒有標注“FT”，就代表著不兼容5V。

GPIO支持4種輸入模式(浮空輸入、上拉輸入、下拉輸入、模擬輸入)和4種輸出模式(開漏輸出、開漏復用輸出、推挽輸出、推挽復用輸出)。同時，GPIO還支持三種最大翻轉速度。每個I/O口可以自由編程，但I/O口寄存器必須按32位字被訪問。下面將具體介紹GPIO的這八種工作方式。

1，浮空輸入模式

浮空輸入模式下，I/O端口的電平信號直接進入輸入數據寄存器。也就是說，I/O的電平狀態是不確定的，完全由外部輸入決定；如果在該引腳懸空(在無信號輸入)的情況下，讀取該端口的電平是不確定的。

2，上拉輸入模式

上拉輸入模式下，I/O端口的電平信號直接進入輸入數據寄存器。但是在I/O端口懸空(無信號輸入)的情況下，輸入端的電平可以保持在高電平；并且在I/O端口輸入為低電平的時候，輸入端的電平也還是低電平。

3，下拉輸入模式

下拉輸入模式下，I/O端口的電平信號直接進入輸入數據寄存器。但是在I/O端口懸空(在無信號輸入)的情況下，輸入端的電平可以保持在低電平；并且在I/O端口輸入為高電平的時候，輸入端的電平也還是高電平。

4，模擬輸入模式

模擬輸入模式下，I/O端口的模擬信號(電壓信號，而非電平信號)直接模擬輸入到片上外設模塊，比如ADC模塊等等。

5，開漏輸出模式

開漏輸出模式下，通過設置位設置/清除寄存器或者輸出數據寄存器的值，途經N-MOS管，最終輸出到I/O端口。這里要注意N-MOS管，當設置輸出的值為高電平的時候，N-MOS管處于關閉狀態，此時I/O端口的電平就不會由輸出的高低電平決定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉決定；當設置輸出的值為低電平的時候，N-MOS管處于開啟狀態，此時I/O端口的電平就是低電平。同時，I/O端口的電平也可以通過輸入電路進行讀取；注意，I/O端口的電平不一定是輸出的電平。

6，開漏復用輸出模式

開漏復用輸出模式，與開漏輸出模式很是類似。只是輸出的高低電平的來源，不是讓CPU直接寫輸出數據寄存器，取而代之利用片上外設模塊的復用功能輸出來決定的。

7，推挽輸出模式

推挽輸出模式下，通過設置位設置/清除寄存器或者輸出數據寄存器的值，途經P-MOS管和N-MOS管，最終輸出到I/O端口。這里要注意P-MOS管和N-MOS管，當設置輸出的值為高電平的時候，P-MOS管處于開啟狀態，N-MOS管處于關閉狀態，此時I/O端口的電平就由P-MOS管決定：高電平；當設置輸出的值為低電平的時候，P-MOS管處于關閉狀態，N-MOS管處于開啟狀態，此時I/O端口的電平就由N-MOS管決定：低電平。同時，I/O端口的電平也可以通過輸入電路進行讀??；注意，此時I/O端口的電平一定是輸出的電平。

8，推挽復用輸出模式

推挽復用輸出模式，與推挽輸出模式很是類似。只是輸出的高低電平的來源，不是讓CPU直接寫輸出數據寄存器，取而代之利用片上外設模塊的復用功能輸出來決定的。

第二節 硬件解讀

先看看原理圖：

開發板上面一共有3顆可編程LED，控制的引腳分別是PB2，PB5和PB12，LED右側通過一共限流電阻上拉到3.3V，所有stm32給一個低電平就會點亮LED，反之則熄滅。

第三節 CubeMX配置

第一步：雙擊打開STM32CubeMX，如下圖，新建項目。【注意：新建項目本教程只介紹一次，以后項目的建立不在重復】

第二步：在英文狀態下搜索芯片：STM32WLE5CCU6【注意：盡可能靠近該芯片，不一定是STM32WLE5CCU6，不同STM32CubeMX版本，芯片的名字不一樣的】選后選擇對應的芯片即可。

第三步：在1處查看芯片的視圖，選擇2處后可以看見芯片所有的功能，選擇3處的RCC時鐘，在4處配置外部高速時鐘，一切配置完了之后，會在5處看見GPIO變綠色。，如下圖。【注意：本教程晶振配置僅配置一遍，后續教程將不再重復】

第四步：在1處切換到時鐘樹頁面，在2處配置外部晶振大小，藍橋杯物聯網開發板外接高速晶振為32MHZ，所以這里配置成32MZH，在3處配置HCLK時鐘為最大時鐘，最大時鐘為48MHZ。如下圖。【注意：本教程時鐘樹配置僅配置一遍，后續教程將不再重復】

第五步：配置下載器，在3處選擇DEBUG，在4處選擇JTAG模式，之后就可以看見5處和6處的GPIO變綠色了。【注意：本教程下載器配置僅配置一遍，后續教程將不再重復】

第六步：配置STM32的PB2引腳為GPIO_Output，如下圖:

第七步：以同樣配置STM32的PB5和PB12引腳為GPIO_Output，如下圖：

第八步：在1處可以看見選中GPIO的配置，在2處看見GPIO的輸入輸出的引腳，在3處選擇PB2，在4處配置GPIO的默認高低電平，因為低電平LED亮，我們默認低電平，在5處配置為上拉，和硬件配置保持一致，在6處配置用戶標簽，便于管理。如下圖：

其中：具體配置信息如下：

GPIO output leve：表示上電的默認電平，可配置高(High)或者低(Low)；

GPIO mode：表示輸出模式，可為Output Push Pull(推挽輸出)或Output Open Drain(開漏輸出)；

GPIO Pull-up/Pull-down：表示是否上下拉，可配置為上拉(Pull-up)或者下拉(Pull-down)或不上拉也不下拉(No Pull-up and no Pull-down)；

Maximum output speed：表示輸出速度，可配置為低速(Low)或者中速(Medium)或高速(High)或超高速(Very High)；

User Label:表示用戶標簽，可修改IO口名稱，比如可寫入LED，把IO口名稱變為LED；

第九步：和PB2一樣配置其他2個GPIO。

第十步：選擇項目信息，如下配置：2處是項目的名字；3處是項目的路徑；4處是編譯器；5處是編譯器版本。【注意：項目路徑不能包含中文等其他非法字符；編譯器一定要選擇MDK-ARM；編譯器版本要選擇最新的，本教程為v5.37。后續教程將不在重復本步操作】

第十一步：如下圖，將3，4處的按鈕勾選，點擊5處，生成Keil工程。【注意：后續教程將不在重復本步操作】

第十二步：點擊上步的5處之后，會有一個對話框，意思分別是：打開項目文件夾位置；打開項目；關閉本窗口。【注意：這里靈活處理，打開文件夾和項目都可以。后續教程將不在重復本步操作】

第四節 MDK代碼

第一步，編譯代碼，檢查STM32CubeMX生成的代碼是否正常。如下圖，點擊1處編譯，之后在2處可以看見一個警告，是因為MDK版本太新，高于CubeMX選擇的V5.37，導致編譯器不一樣，但是不影響程序運行。【注意：后續教程將不在重復本步操作】

第二步：配置下載器，這一步很多步驟，希望大家仔細一點，一步一步來。【注意：不要忘記點擊“OK”，后續教程將不在重復本步操作】

第三步：新建.h文件。在“項目名/Core/Inc”中新建一個“zsdz.h”的文件。【注意：后續教程將不在重復本步操作】

第四步：新建.c文件。在“項目名/Core/Src”中新建一個“zsdz.c”的文件。【注意：后續教程將不在重復本步操作】

第五步：添加“zsdz.c”文件。點擊1處，可以看見項目的所有的文件，點擊2，3處，準備添加“zsdz.c”文件，但是發現沒有“zsdz.c”文件，如下圖：需要返回到上一層文件目錄中，點擊4處。【注意：后續教程將不在重復本步操作】

如下圖：雖然沒有發現“zsdz.c”文件，但是我們看見了Core文件夾，還記得我們的“zsdz.c”文件保存在哪嗎？在“項目名/Core/Src”中，所以我們進入到“/Core/Src”，找到“zsdz.c”文件即可。【注意：后續教程將不在重復本步操作】

第六步：如下圖，代表添加成功。【注意：后續教程將不在重復本步操作】

第七步：如下，點擊1處，可以看見MDK中的“zsdz.c”文件。【注意：如果利用STM32CubeMX生成MDK項目，“zsdz.c”文件可能會從MDK項目中移除，請重新添加】

第八步：編寫“zsdz.c”文件的代碼，如下：【注意：后續教程將不在重復本步操作】

第九步：進入到“zsdz.h”文件，右鍵，選擇“Go to Headerfile‘zsdz.h’”。【注意：后續教程將不在重復本步操作】

第十步：編寫“Zsdz.h”文件的代碼，如下：【注意：后續教程將不在重復本步操作】

第十一步：在Main中添加“zsdz.h文件”，如下：【注意：只可以添加在“USER CODE BEGIN”和“USER CODE BEGINEND”之間，否則等下次利用STM32CubeMX生成MDK項目時，不在“USER CODE BEGIN”和“USER CODE END”之間的代碼會被覆蓋】

第十二步：編寫LED的函數模板，具體如下：【注意：不要忘記聲明gpio.c文件。注意：后續教程將不在重復本步操作】

第十三步：以上就是LED所有的封裝函數了，我們在“zsdz.h”文件中聲明他們，如下圖：【注意：后續教程將不在重復本步操作】

第十四步：現在隨便在main函數中寫幾個，看看效果。

第十五步：編譯檢查代碼并下載。點擊1處編譯代碼，之后在2處可以看見0錯誤0警告。代碼沒有問題之后，點擊3處下載代碼，在4處看見Flash Load finished at xxxx，就證明代碼下載成功。【注意：后續教程將不在重復本步操作】

第五節 實驗現象

注意：

1，請用USB線連接電腦與開發板。

2，請選擇A開發板。

現象：AL2以400ms為間隔閃爍。

來源：撞上電子微信公眾號

版權：東莞市東城墨竹公子電子工作室

日期：2024.11.03

第六節 課后作業

請讓AL1長亮，AL2以500ms為間隔閃爍，AL3以1000ms為間隔閃爍。