General Purpose Input Output: 通用输入输出端口。负责采集外部器件的信息或者控制外部器件工作。
对于STM32F407ZGT6芯片，一共有144个引脚，其中有112个可供编程的IO口，分为7组：GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF 和 GPIOG。
查找数据手册，对于定义了FT的引脚可以兼容5V电压，可以直接接 5V 的外设（注意：如果引脚设置的是模拟输入模式，则不能接 5V！)
⚫如果输出数据寄存器设置为 0 时，经过“输出控制”的逻辑非操作后，输出逻辑 1 到 N-MOS 管的栅极，这时 N-MOS 管就会导通，使得 I/O 引脚接到 VSS，即输出低电平。
⚫如果输出数据寄存器设置为 1 时，经过“输出控制器”的逻辑非操作后，输出逻辑 0 到 N-MOS 管的栅极，这时 N-MOS 管就会截止。因为 P-MOS 管是一直截止的，使得 I/O 引脚呈现高阻态，即不输出低电平，也不输出高电平。因此要 I/O 引脚输出高电平就必须接上拉电阻。
这时可以接内部上拉电阻，或者接一个外部上拉电阻。由于内部上拉电阻的阻值较大，所以只是“弱上拉”。需要大电流驱动，请接外部的上拉电阻。此外，上拉电阻具有线与特性，即如果有很多开漏模式的引脚连在一起的时候，只有当所有引脚都输出高阻态，电平才为 1，只要有其中一个为低电平时，就等于接地，使得整条线路都为低电平 0。我们的 IIC 通信（IIC_SDA）就用到这个原理。
在开漏输出模式下，施密特触发器是打开的，所以 IO 口引脚的电平状态会被采集到输入数据寄存器中，如果对输入数据寄存器进行读访问可以得到 IO 口的状态。也就是说开漏输出模式下，我们可以对 IO 口进行读数据。
在开漏式复用功能模式下，施密特触发器也是打开的，我们可以读取 IO 口的电平状态，同时外设可以读取 IO 口的信息
可以把“输出控制”简单地等效为一个非门。
⚫如果输出数据寄存器设置为 0 时，经过“输出控制”的逻辑非操作后，输出逻辑 1 到 P-MOS管的栅极，这时 P-MOS 管就会截止，同时也会输出逻辑 1 到 N-MOS 管的栅极，这时 N-MOS管就会导通，使得 I/O 引脚接到 VSS，即输出低电平。
⚫如果输出数据寄存器设置为 1 时，经过“输出控制”的逻辑非操作后，输出逻辑 0 到 N-MOS 管的栅极，这时 N-MOS 管就会截止，同时也会输出逻辑 0 到 P-MOS 管的栅极，这时 P-MOS 管就会导通，使得 I/O 引脚接到 VDD，即输出高电平。
在推挽输出模式下，施密特触发器也是打开的，我们可以读取 IO 口的电平状态。
STM32F4系列寄存器包括：
4 个 32 位配置寄存器（MODER、OTYPER、OSPEEDR 和 PUPDR）
2 个 32 位数据寄存器（IDR 和 ODR）
1 个 32 位置位/复位寄存器 (BSRR)
1 个 32 位锁定寄存器 (LCKR)
2 个 32 位复用功能选择寄存器（AFRH 和 AFRL）
上面这 4 个配置寄存器就是用来配置 GPIO 的相关模式和状态，它们通过不同的配置组合方法，就决定我们所说的 8 种工作模式。
首先 BSRR 是只写权限，而 ODR 是可读可写权限。我们首先需要读出来 ODR 寄存器的值，然后对整个 ODR 寄存器重新赋值来达到设置某个或者某些 IO 口的目的，而 BSRR 寄存器，我们就不需要先读，而是直接设置即可，这在多任务实时操作系统中作用很大。BSRR 寄存器还有一个好处，就是 BSRR 寄存器改变引脚状态的时候，不会被中断打断，而 ODR 寄存器有被中断打断的风险。
#define __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE() do { \
__IO uint32_t tmpreg = 0x00U; \
SET_BIT(RCC->AHB1ENR, RCC_AHB1ENR_GPIOAEN);\
/* Delay after an RCC peripheral clock enabling */ \
tmpreg = READ_BIT(RCC->AHB1ENR, RCC_AHB1ENR_GPIOAEN);\
UNUSED(tmpreg); \
} while(0U)
void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init)
{
uint32_t position;
uint32_t ioposition = 0x00U;
uint32_t iocurrent = 0x00U;
uint32_t temp = 0x00U;
/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_ALL_INSTANCE(GPIOx));
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Init->Pin));
assert_param(IS_GPIO_MODE(GPIO_Init->Mode));
assert_param(IS_GPIO_PULL(GPIO_Init->Pull));
/* Configure the port pins */
for(position = 0U; position < GPIO_NUMBER; position++)
{
/* Get the IO position */
ioposition = 0x01U << position;
/* Get the current IO position */
iocurrent = (uint32_t)(GPIO_Init->Pin) & ioposition;
if(iocurrent == ioposition)
{
/*--------------------- GPIO Mode Configuration ------------------------*/
/* In case of Output or Alternate function mode selection */
if(((GPIO_Init->Mode & GPIO_MODE) == MODE_OUTPUT) || \
(GPIO_Init->Mode & GPIO_MODE) == MODE_AF)
{
/* Check the Speed parameter */
assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_Init->Speed));
/* Configure the IO Speed */
temp = GPIOx->OSPEEDR;
temp &= ~(GPIO_OSPEEDER_OSPEEDR0 << (position * 2U));
temp |= (GPIO_Init->Speed << (position * 2U));
GPIOx->OSPEEDR = temp;
/* Configure the IO Output Type */
temp = GPIOx->OTYPER;
temp &= ~(GPIO_OTYPER_OT_0 << position) ;
temp |= (((GPIO_Init->Mode & GPIO_OUTPUT_TYPE) >> 4U) << position);
GPIOx->OTYPER = temp;
}
if((GPIO_Init->Mode & GPIO_MODE) != MODE_ANALOG)
{
/* Activate the Pull-up or Pull down resistor for the current IO */
temp = GPIOx->PUPDR;
temp &= ~(GPIO_PUPDR_PUPDR0 << (position * 2U));
temp |= ((GPIO_Init->Pull) << (position * 2U));
GPIOx->PUPDR = temp;
}
/* In case of Alternate function mode selection */
if((GPIO_Init->Mode & GPIO_MODE) == MODE_AF)
{
/* Check the Alternate function parameter */
assert_param(IS_GPIO_AF(GPIO_Init->Alternate));
/* Configure Alternate function mapped with the current IO */
temp = GPIOx->AFR[position >> 3U];
temp &= ~(0xFU << ((uint32_t)(position & 0x07U) * 4U)) ;
temp |= ((uint32_t)(GPIO_Init->Alternate) << (((uint32_t)position & 0x07U) * 4U));
GPIOx->AFR[position >> 3U] = temp;
}
/* Configure IO Direction mode (Input, Output, Alternate or Analog) */
temp = GPIOx->MODER;
temp &= ~(GPIO_MODER_MODER0 << (position * 2U));
temp |= ((GPIO_Init->Mode & GPIO_MODE) << (position * 2U));
GPIOx->MODER = temp;
/*--------------------- EXTI Mode Configuration ------------------------*/
/* Configure the External Interrupt or event for the current IO */
if((GPIO_Init->Mode & EXTI_MODE) == EXTI_MODE)
{
/* Enable SYSCFG Clock */
__HAL_RCC_SYSCFG_CLK_ENABLE();
temp = SYSCFG->EXTICR[position >> 2U];
temp &= ~(0x0FU << (4U * (position & 0x03U)));
temp |= ((uint32_t)(GPIO_GET_INDEX(GPIOx)) << (4U * (position & 0x03U)));
SYSCFG->EXTICR[position >> 2U] = temp;
/* Clear EXTI line configuration */
temp = EXTI->IMR;
temp &= ~((uint32_t)iocurrent);
if((GPIO_Init->Mode & GPIO_MODE_IT) == GPIO_MODE_IT)
{
temp |= iocurrent;
}
EXTI->IMR = temp;
temp = EXTI->EMR;
temp &= ~((uint32_t)iocurrent);
if((GPIO_Init->Mode & GPIO_MODE_EVT) == GPIO_MODE_EVT)
{
temp |= iocurrent;
}
EXTI->EMR = temp;
/* Clear Rising Falling edge configuration */
temp = EXTI->RTSR;
temp &= ~((uint32_t)iocurrent);
if((GPIO_Init->Mode & RISING_EDGE) == RISING_EDGE)
{
temp |= iocurrent;
}
EXTI->RTSR = temp;
temp = EXTI->FTSR;
temp &= ~((uint32_t)iocurrent);
if((GPIO_Init->Mode & FALLING_EDGE) == FALLING_EDGE)
{
temp |= iocurrent;
}
EXTI->FTSR = temp;
}
}
}
}
对于关键结构体
typedef struct
{
__IO uint32_t MODER; /*!< GPIO port mode register, Address offset: 0x00 */
__IO uint32_t OTYPER; /*!< GPIO port output type register, Address offset: 0x04 */
__IO uint32_t OSPEEDR; /*!< GPIO port output speed register, Address offset: 0x08 */
__IO uint32_t PUPDR; /*!< GPIO port pull-up/pull-down register, Address offset: 0x0C */
__IO uint32_t IDR; /*!< GPIO port input data register, Address offset: 0x10 */
__IO uint32_t ODR; /*!< GPIO port output data register, Address offset: 0x14 */
__IO uint32_t BSRR; /*!< GPIO port bit set/reset register, Address offset: 0x18 */
__IO uint32_t LCKR; /*!< GPIO port configuration lock register, Address offset: 0x1C */
__IO uint32_t AFR[2]; /*!< GPIO alternate function registers, Address offset: 0x20-0x24 */
} GPIO_TypeDef;
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;
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
assert_param(IS_GPIO_PIN_ACTION(PinState));
if(PinState != GPIO_PIN_RESET)
{
GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
}
else
{
GPIOx->BSRR = (uint32_t)GPIO_Pin << 16U;
}
}
void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
uint32_t odr;
/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
/* get current Ouput Data Register value */
odr = GPIOx->ODR;
/* Set selected pins that were at low level, and reset ones that were high */
GPIOx->BSRR = ((odr & GPIO_Pin) << GPIO_NUMBER) | (~odr & GPIO_Pin);
}
GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
GPIO_PinState bitstatus;
/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
if((GPIOx->IDR & GPIO_Pin) != (uint32_t)GPIO_PIN_RESET)
{
bitstatus = GPIO_PIN_SET;
}
else
{
bitstatus = GPIO_PIN_RESET;
}
return bitstatus;
}
在此原理图中，使用开漏输出或推挽输出均可。
led.h文件
#ifndef __LED_H
#define __LED_H
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
/******************************************************************************************/
/* 引脚 定义 */
#define LED0_GPIO_PORT GPIOF
#define LED0_GPIO_PIN GPIO_PIN_9
#define LED0_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PF口时钟使能 */
#define LED1_GPIO_PORT GPIOF
#define LED1_GPIO_PIN GPIO_PIN_10
#define LED1_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PF口时钟使能 */
/******************************************************************************************/
/* LED端口定义 */
#define LED0(x) do{ x ? \
HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0) /* LED0 = RED */
#define LED1(x) do{ x ? \
HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0) /* LED1 = GREEN */
/* LED取反定义 */
#define LED0_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN); }while(0) /* LED0 = !LED0 */
#define LED1_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN); }while(0) /* LED1 = !LED1 */
/******************************************************************************************/
/* 外部接口函数*/
void led_init(void); /* 初始化 */
#endif
led.c文件
#include "./BSP/LED/led.h"
/**
* @brief 初始化LED相关IO口, 并使能时钟
* @param 无
* @retval 无
*/
void led_init(void)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
LED0_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LED0时钟使能 */
LED1_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LED1时钟使能 */
gpio_init_struct.Pin = LED0_GPIO_PIN; /* LED0引脚 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; /* 推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* 高速 */
HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化LED0引脚 */
gpio_init_struct.Pin = LED1_GPIO_PIN; /* LED1引脚 */
HAL_GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化LED1引脚 */
LED0(1); /* 关闭 LED0 */
LED1(1); /* 关闭 LED1 */
}
main.c文件
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
void led_init(void); /* LED初始化函数声明 */
int main(void)
{
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7); /* 设置时钟,168Mhz */
delay_init(168); /* 延时初始化 */
led_init(); /* 初始化LED */
while(1)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET); /* LED0 亮 */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_SET); /* LED1 灭 */
delay_ms(500);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET); /* LED0 灭 */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_RESET); /* LED1 亮 */
delay_ms(500);
}
}
Code：表示程序所占用 FLASH 的大小（FLASH）
RO-data：即 Read Only-data，表示程序定义的常量（FLASH）
RW-data：即 Read Write-data，表示已被初始化的变量（FLASH + RAM）
ZI-data：即 Zero Init-data，表示未被初始化的变量(RAM)
按键在闭合和断开的时候，都存在抖动现象，即按键在闭合时不会马上就稳定的连接，断开时也不会马上断开。这是机械触点，无法避免。独立按键抖动波形图如下：
软件消抖：通过延时跳过抖动的时间段，再判断IO输入电平。
硬件消抖：利用 RC 电路的电容充放电特性来对抖动产生的电压毛刺进行平滑出来，从而实现消抖，但是成本会更高一点，本着能省则省的原则，我们推荐使用软件消抖即可。
在该实验中最重要的是按键的去抖操作，其余配置和上面的实验类似。
/**
* @brief 按键扫描函数
* @note 该函数有响应优先级(同时按下多个按键): WKUP > KEY2 > KEY1 > KEY0!!
* @param mode:0 / 1, 具体含义如下:
* @arg 0, 不支持连续按(当按键按下不放时, 只有第一次调用会返回键值,
* 必须松开以后, 再次按下才会返回其他键值)
* @arg 1, 支持连续按(当按键按下不放时, 每次调用该函数都会返回键值)
* @retval 键值, 定义如下:
* KEY0_PRES, 1, KEY0 按下
* KEY1_PRES, 2, KEY1 按下
* KEY2_PRES, 3, KEY2 按下
* WKUP_PRES, 4, WKUP 按下
*/
uint8_t key_scan(uint8_t mode)
{
static uint8_t key_up = 1; /* 按键按松开标志 */
uint8_t keyval = 0;
if (mode) key_up = 1; /* 支持连按 */
if (key_up && (KEY0 == 0 || KEY1 == 0 || KEY2 == 0 || WK_UP == 1))
{ /* 按键松开标志为 1, 且有任意一个按键按下了 */
delay_ms(10); /* 去抖动 */
key_up = 0;
if (KEY0 == 0) keyval = KEY0_PRES;
if (KEY1 == 0) keyval = KEY1_PRES;
if (KEY2 == 0) keyval = KEY2_PRES;
if (WK_UP == 1) keyval = WKUP_PRES;
}
else if (KEY0 == 1 && KEY1 == 1 && KEY2 == 1 && WK_UP == 0)
{ /* 没有任何按键按下, 标记按键松开 */
key_up = 1;
}
return keyval; /* 返回键值 */
}