什么是GPIO

　　GPIO全稱為General Purpose Input Output，中文理解為通用輸入輸出埠，它指的是編程可控制的引腳，即可以控制引腳是作為輸入來用，還是輸出功能，又或者是交給片上外設使用(復用)，

GPIO結構框圖

　　理解GPIO硬體電路的實作，有助于編程的理解，下圖是官方手冊給出的GPIO框圖：

　　此框圖中只有最右端的I/O pin是板上外露可見的，其他部分均在芯片內部，該框圖結構被分為兩個部分，其一是輸出結構，主要由引腳（I/O pin）、保護二極管（protection diode）、雙MOS管(P-MOS+N-MOS)、輸出控制(output control)、輸出資料暫存器(output data register)、位置位/復位暫存器(bit set/reset register)組成；其二是輸入結構，由引腳、保護二極管、雙開關(on/off)、TTL肖特基觸發器(TTL Schmitt trigger)、輸入資料暫存器(input data register)組成，　　

保護二極管

　　兩個二極管構成了雙向限幅電路，當外部輸入電壓大于VDD時，上方二極管導通(全文皆忽略二極管和MOS管導通壓降)，使得電壓限制在VDD左右；當外部輸入電壓低于VSS，下方二極管導通，電壓限制在VSS左右，然而這樣的保護并不能使引腳直接驅動大功率器件，例如電機，就需要外加驅動電路，

雙開關

　　這個雙開關電路與上拉、下拉和浮空模式有關，當處于上拉模式時上方開關閉合，下方斷開，除非引腳的外部輸入為低電平，否則輸入到肖特基觸發器的電平都是高電平；當處于下拉模式時上方開關斷開，下方閉合，除非引腳的外部輸入為高電平，否則輸入到肖特基觸發器的電平都是低電平；當處于浮空模式時開關全部斷開，電平默認為高阻態，輸入的電平完全取決于外部輸入，上下拉多用于按鍵檢測，而浮空則常用于ADC檢測，

肖特基觸發器

　　該觸發器主要是將模擬電壓轉為0/1數字信號，上圖中模擬輸入（Analog input）就取自觸發器之前，而輸入資料暫存器則取自觸發器之后的數字信號，

輸入資料暫存器

　　這個暫存器用來存盤各個引腳電平狀態，可通過讀取該暫存器內容，來獲取任意引腳狀態，

位置位/復位暫存器

　　通過讀寫該暫存器，可以間接地更改輸出資料暫存器的值，

輸出資料暫存器

　　可以直接讀寫該暫存器，來更改各個引腳的輸出狀態，當暫存器值保持不變時，每個引腳的電平也就不發生變化，

雙MOS管

　　雙MOS管組成一個推挽輸出(push-pull)電路，當輸出暫存器中值為1時，經過反相器，兩管的共柵極輸入低電平，則PMOS導通，NMOS截止，引腳輸出高電平；當輸出暫存器中值為0時，經過反相器，兩管的共柵極輸入高電平，則NMOS導通，PMOS截止，引腳輸出低電平，

　　當PMOS被禁用時，電路變為開漏輸出，引腳仍可輸出低電平，但無法正常輸出高電平，取而代之的是高阻態，如果此時想要輸出高電平，則必須接上拉電阻，開漏輸出僅在一些特殊場合下使用，更多的是推挽輸出，

GPIO暫存器

APB2外設時鐘使能暫存器(RCC_APB2ENR)

　　RCC_APB2ENR并不屬于GPIO的暫存器組，但是它控制著GPIO的引腳時鐘使能，芯片上電后，所有外設時鐘默認是關閉的，所以在使用GPIO前要先打開埠時鐘使能，該暫存器內容如下，我們只關心IOPxEN位，置1則開啟時鐘，

埠配置低位暫存器(GPIOx_CRL)

　　該暫存器可配置低8個GPIO引腳的作業模式：模擬輸入、浮空輸入、上拉\下拉輸入、通用推挽輸出、通用開漏輸出、復用推挽輸出、復用開漏輸出，復用輸入模式沒有單獨的配置，只要將引腳配置為浮空/上拉/下拉輸入模式，由片上外設驅動即可，CRL還可以在輸出模式下配置作業頻率，頻率越大，功耗越高，注意每個引腳模式配置占4bit，對于上拉\下拉輸入來說，是上拉還是下拉取決于ODR暫存器配置的值，

埠配置高位暫存器(GPIOx_CRH)

　　該暫存器同GPIOx_CRL，只是它控制的是高8個GPIO引腳的作業模式，

輸入資料暫存器(GPIOx_IDR)

　　該暫存器存盤了當前引腳的狀態，無論GPIO在哪種作業模式下，都可以讀取該暫存器——在復用模式下，一般選擇直接讀取外設暫存器，注意在模擬輸入模式下，IDR暫存器的值一直為0，

輸出資料暫存器(GPIOx_ODR)

　　在通用輸出模式下，該暫存器可用來控制輸出電平的高低；在復用模式下，ODR無效，此外，在上拉或下拉輸入模式下，ODR可決定是上拉還是下拉，

位置位/復位暫存器(GPIOx_BSRR)

　　通過該暫存器，可以單獨控制某個引腳的電平變化，因為向這個暫存器寫0的結果是無操作，寫1是置位或者復位，所以訪問該暫存器可以直接用=號；而ODR暫存器寫0則表示給低電平，寫1表示給高電平，為了不影響其他引腳，寫入必須用&=和|=號，另外還有個暫存器叫GPIOx_BRR，同該暫存器差不多，只不過BRR只能復位，高16位是保留的，

GPIO編程

　　GPIO最常用的就是通用推挽輸出和上拉/下拉輸入這兩種模式，一下程式實作功能為：

　　　　PA0為按鍵輸入，按下為低電平，PC13是led控制引腳，低電平點亮LED，當按下按鍵時，LED亮;松開按鍵時，LED滅，

　　　　程式代碼如下，根據GPIO原理，編程順序一般是：先開啟時鐘使能，配置引腳作業模式，最后給引腳電平信號，

int main(void)
{
    
    uint32_t key_value;
    
    //開啟GPIO外設時鐘使能
    //PORTA,第三位置1
    RCC->APB2ENR |= (1<<2);
    //PORTC,第五位置1
    RCC->APB2ENR |= (1<<4);
    
    //GPIO輸入輸出模式配置
    //清零PA0控制位
    GPIOA->CRL &= ~((uint32_t)(0x0F)<<(4*0));
    //設定PA0為上拉輸入
    GPIOA->CRL |=  (uint32_t)(0x08)<<(4*0);
    GPIOA->ODR |=  (uint32_t)(0x01)<<0;    
    //清零PC13控制位
    GPIOC->CRH &= ~((uint32_t)(0x0F)<<(4*5));
    //設定PC13為推免輸出
    GPIOC->CRH |=  (uint32_t)(0x01)<<(4*5);
    
    
    while(1){
            //獲取PA0電平狀態,key_value=https://www.cnblogs.com/kensporger/p/=1表示按鍵沒有按下
            key_value = https://www.cnblogs.com/kensporger/p/(GPIOA->IDR & (uint32_t)(0x01)) == (uint32_t)(0x01);
            //改變PC13電平
            if (key_value=https://www.cnblogs.com/kensporger/p/=0)
                //PC13低電平輸出
                GPIOC->ODR &= ~((uint32_t)(0x01)<<13);                
            else
                //PC13高電平輸出
                GPIOC->ODR |= (uint32_t)(0x01)<<13;
    }
}

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