1 GPIO簡介

GPIO是通用輸入輸出埠的簡稱，簡單來說就是STM32可控制的引腳，STM32芯片的GPIO引腳與外部設備連接起來，從而實作與外部通訊、控制以及資料采集的功能，STM32芯片的GPIO被分成很多組，每組有16個引腳，所有的GPIO引腳都有基本的輸入輸出功能，上電復位后，GPIO默認為浮空狀態，部分特殊功能引腳為特定狀態，
最基本的輸出功能是由STM32控制引腳輸出高、低電平，實作開關控制，如把GPIO引腳接入LED燈，那就可以控制LED燈的亮滅，引腳接入到繼電器或三極管，那就可以通過繼電器或三極管控制外部大功率電路的通斷，最基本的輸入功能是檢測外部電平，如把GPIO引腳連接到按鍵，通過電平高低區分按鍵是否被按下，

STM32的 GPIO模式有以下幾種：
GPIO_Mode_AIN ---------------------- 模擬輸入
GPIO_Mode_IN_FLOATING -------- 輸入浮空
GPIO_Mode_IPD ---------------------- 輸入下拉
GPIO_Mode_IPU ---------------------- 輸入上拉
GPIO_Mode_Out_OD ---------------- 開漏輸出
GPIO_Mode_Out_PP ---------------- 推挽式輸出
GPIO_Mode_AF_OD ---------------- 開漏復用功能
GPIO_Mode_AF_PP ----------------- 推挽式復用功能

typedef enum
{ 
  GPIO_Mode_AIN = 0x0,
  GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,
  GPIO_Mode_IPD = 0x28,
  GPIO_Mode_IPU = 0x48,
  GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,
  GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,
  GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,
  GPIO_Mode_AF_PP = 0x18
} GPIOMode_TypeDef;

保護二極管及上、下拉電阻：

引腳的兩個保護二極管可以防止引腳外部過高或過低的電壓輸入，當引腳電壓高于 $V_{DD-FT}$ 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啥訓，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，防止啥訓芯片或者外接器件無法正常作業，

上下拉電阻，從它的結構我們可以看出，通過上、下拉電阻的開關配置，我們可以控制引腳默認狀態的電壓，開啟上拉的時候引腳電壓為高電平，開啟下拉的時候引腳電壓為低電平，也可以設定“既不上拉也不下拉模式”，我們也把這種狀態稱為浮空模式，配置成這個模式時，直接用電壓表測量其引腳電壓為1點幾伏，這是個不確定的值，所以一般來說我們都會選擇給引腳設定“上拉模式”或“下拉模式”使它有默認狀態，STM32的內部上拉時“弱上拉”，即通過上拉輸出的電流時很弱的，如要求大電流還是需要外部上拉，通過“上拉/下拉暫存器GPIOx_CRL和GPIOx_CRH”控制引腳的上、下拉及浮空模式，

TTL施密特觸發器：

基本原理是當輸入電壓高于正向閾值電壓，輸出為高；當輸入電壓低于負向閾值電壓，輸出為低；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，IO口信號經過觸發器后，模擬信號轉化為0和1的數字信號也就是高低電平并且是TTL電平協議這也是為什么STM32是TTL電平協議的原因，

P-MOS管和N-MOS管：

GPIO引腳線路經過兩個保護二極管后，向上流向“輸入模式”結構，向下流向“輸出模式”結構，先看輸出模式部分，線路經過一個由P-MOS和N-MOS管組成的單元電路，這個結構使GPIO具有了“推挽輸出”和“開漏輸出”兩種模式，
所謂的推挽輸出模式，是根據這兩個MOS管的作業方式來命名的，在該結構中輸入高電平時，經過反向后，上方的P-MOS導通，下方的N-MOS關閉，對外輸出高電平；而在該結構中輸入低電平時，經過反向后，N-MOS導通，P-MOS關閉，對外輸出低電平，當引腳高低電平切換時，兩個管子輪流導通，P管負責灌電流，N管負責拉電流，使其負載能力和開關速度都比普通的方式由很大的提高，推挽輸出的低電平為0伏，高電平為3.3V，如下圖，它是推挽輸出模式時的等效電路，

而在開漏輸出模式時，上方的P-MOS完全不作業，如果我們控制輸出為0，低電平，則P-MOS管完全關閉，N-MOS管導通，使輸出接地，若控制輸出為1（它無法直接輸出高電平）時，則P-MOS和N-MOS都關閉，所以引腳既不輸出高電平也不輸出低電平，為高阻態，為了正常使用時必須外部接上拉電阻，參考下圖中的等效電路，它具有“線與”特性，也就是說，若有很多個開漏模式引腳連接到一起時，只有當所有引腳都輸出高阻態，才由上拉電阻提供高電平，此電平的電壓為外部上拉電阻所接的電源的電壓，若其中一個引腳為低電平，那線路就相當于短路接地，使得整條線路都為低電平，0伏，

推挽輸出模式一般應用在輸出電平0和3.3伏而且需要高速切換開關狀態的場合，在STM32的應用中，除了必須用開漏模式的場合，我們都習慣使用推挽輸出模式，開漏輸出一般應用在I2C、SMBUS通訊等需要“線與”功能的總線電路中，除此之外，還用在電平不匹配的場合，如需要輸出5伏的高電平，就可以在外部接一個上拉電阻，上拉電源為5伏，并且把GPIO設定為開漏模式，當輸出高阻態時，由上拉電阻和電源向外輸出5伏電平，如下圖所示，

這里需要注意的是，在查看《STM32中文參考手冊V10》中的GPIO的表格時，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，

2 GPIO設定模式

根據上面的幾種模式，可以大致分為 4種模式：輸入、輸出、復用、模擬，先來了解一下M3和M4 I/O口總的功能結構：

2.1 輸入配置

當I/O埠配置為輸入時：
● 輸出緩沖器被禁止
● 施密特觸發輸入被激活
● 根據輸入配置(上拉，下拉或浮動)的不同，弱上拉和下拉電阻被連接
● 出現在I/O腳上的資料在每個APB2時鐘被采樣到輸入資料暫存器
● 對輸入資料暫存器的讀訪問可得到I/O狀態

下圖給出了I/O埠位的輸入配置：

浮空輸入模式：GPIO_Mode_IN_FLOATING

浮空輸入模式下，I/O埠的電平信號直接進入輸入資料暫存器，電平進入后，不經過上下拉，在觸發施密特觸發器后，進入輸入資料暫存器，最后由CPU讀取，MCU直接讀取I/O口電平，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，讀取該埠的電平是不確定的， (接用電壓表測量其引腳電壓為1點幾伏，這是個不確定值) 以用來做KEY識別，

輸入上拉模式：GPIO_Mode_IPU

IO內部接上拉電阻，此時如果IO口外部沒有信號輸入或者引腳懸空，IO口默認為高電平，如果I/O口輸入低電平，那么引腳就為低電平，MCU讀取到的就是低電平，STM32的內部上拉是"弱上拉"，即通過此上拉輸出的電流是很弱的，如要求大電流還是需要外部上拉，觸發時需要低電平觸發，有上拉電阻存在，使得埠為高電平，達到抗干擾作用，只接受低電平！

輸入下拉模式：GPIO_Mode_IPD

IO內部接下拉電阻，此時如果IO口外部沒有信號輸入或者引腳懸空，IO口默認為低電平，如果I/O口輸入高電平，那么引腳就為高電平，MCU讀取到的就是高電平，需要高電平觸發，有下拉電阻存在，使得埠為低電平，達到抗干擾作用，只接受高電平！

GPIO輸入模式總結：

在輸入模式時，施密特觸發器打開，輸出被禁止，資料暫存器每隔1個AHB1時鐘周期更新一次，可通過資料暫存器GPIOx_IDR讀取I/O狀態，其中F1的AHB1的時鐘如按默認配置一般為72MHz，F4的AHB1的時鐘如按默認配置一般為180MHz，

2.2 輸出配置

當I/O埠被配置為輸出時：
● 輸出緩沖器被激活
─ 開漏模式：輸出暫存器上的’0’激活N-MOS，而輸出暫存器上的’1’將埠置于高阻狀態(P-MOS從不被激活)，
─ 推挽模式：輸出暫存器上的’0’激活N-MOS，而輸出暫存器上的’1’將激活P-MOS，
● 施密特觸發輸入被激活
● 弱上拉和下拉電阻被禁止
● 出現在I/O腳上的資料在每個APB2時鐘被采樣到輸入資料暫存器
● 在開漏模式時，對輸入資料暫存器的讀訪問可得到I/O狀態
● 在推挽式模式時，對輸出資料暫存器的讀訪問得到最后一次寫的值，

下圖給出了I/O埠位的輸出配置：

開漏輸出模式：GPIO_Mode_Out_OD

CPU先寫入輸出資料暫存器中，再經過輸出控制電路，最終到達埠（在此模式下，IO口也可以讀取IO口電壓），在開漏輸出模式時，只有N-MOS管作業，如果我們控制輸出為0，低電平，則P-MOS管關閉，N-MOS管導通，使輸出低電平，I/O埠的電平就是低電平，若控制輸出為1時，高電平，則P-MOS管和N-MOS管都關閉，輸出指令就不會起到作用，此時I/O埠的電平就不會由輸出的高電平決定，而是由I/O埠外部的上拉或者下拉決定如果沒有上拉或者下拉 IO口就處于懸空狀態，并且此時施密特觸發器是打開的，即輸入可用，通過輸入資料暫存器GPIOx_IDR可讀取I/O的實際狀態，，I/O口的電平不一定是輸出的電平，
優點：
1）輸出端相當于三極管的集電極，要得到高電平需要上拉電阻才行，適合做電流型的驅動，其吸收電流的能力較強（20ma以內）
2）開漏是用來連接不同電平的器件，匹配電平用的，因為開漏引腳不連接外部的上拉電阻時，只能輸出低電平，如果需要同時具備輸出高電平的功能，則需要接上拉電阻，很好的一個優點是通過改變上拉電源的電壓，便可以改變傳輸電平，比如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS電平輸出等，但其也帶來上升沿的延時！
3）可以將多個開漏輸出的Pin，連接到一條線上，通過一只上拉電阻，在不增加任何器件的情況下，形成“與邏輯”關系，這也是I2C，SMBus等總線判斷總線占用狀態的原理，
（補充：什么是“線與”？：在一個結點(線)上, 連接一個上拉電阻到電源 VCC 或 VDD 和 n 個 NPN 或 NMOS 晶體管的集電極 C 或漏極 D, 這些晶體管的發射極 E 或源極 S 都接到地線上, 只要有一個晶體管飽和, 這個結點(線)就被拉到地線電平上. 因為這些晶體管的基極注入電流(NPN)或柵極加上高電平(NMOS),晶體管就會飽和, 所以這些基極或柵極對這個結點(線)的關系是或非NOR 邏輯. 如果這個結點后面加一個反相器, 就是或 OR 邏輯.）

推挽輸出模式：GPIO_Mode_Out_PP

CPU先寫入輸出資料暫存器中，再經過輸出控制電路，最終到達埠（在此模式下，IO口也可以讀取IO口電壓），與開漏輸出在于其在經過輸出控制電路后面的MOS管不同！在推挽輸出模式時，N-MOS管和P-MOS管都作業，如果我們控制輸出為0，低電平，則P-MOS管關閉，N-MOS管導通，使輸出低電平，I/O埠的電平就是低電平，若控制輸出為1 高電平，則P-MOS管導通N-MOS管關閉，使輸出高電平，I/O埠的電平就是高電平，外部上拉和下拉的作用是控制在沒有輸出時IO口電平，此時施密特觸發器是打開的，即輸入可用，通過輸入資料暫存器GPIOx_IDR可讀取I/O的實際狀態，I/O口的電平一定是輸出的電平，
優點：
推挽電路是兩個引數相同的三極管或MOSFET,以推挽方式存在于電路中,各負責正負半周的波形放大任務,電路作業時，兩只對稱的功率開關管每次只有一個導通，所以導通損耗小、效率高，輸出既可以向負載灌電流，也可以從負載抽取電流，推拉式輸出級既提高電路的負載能力，又提高開關速度，

GPIO輸出模式總結：

在輸出模式中，輸出使能，推挽模式時以雙MOS管的方式作業，輸出資料暫存器GPIOx_ODR可控制I/O輸出高低點評，開漏模式時，只有N-MOS作業，輸出資料暫存器可控制I/O輸出高阻態或低電平，輸出速度可配置，有2MHz\25MHz\50MHz的選項，此處的輸出速度即I/O支持的高低電平狀態最高切換頻率，支持的頻率越高，功耗越大，如果功耗要求不嚴格，把速度設定成最大即可，
此時施密特觸發器時打開的，即輸入可用，通過輸入資料暫存器GPIOx_IDR可讀取I/O的實際狀態，
用于輸出模式時，可使用上拉、下拉或懸空模式，但此時由于輸出模式時引腳電平會收到ODR暫存器的影響，而ODR暫存器對應引腳的位為0，即引腳初始化后默認輸出低電平，所以在這種情況下，上拉只能起到小幅提高輸出電流能力，但不會影響引腳的默認狀態，

2.3 復用功能配置

當I/O埠被配置為復用功能時：
● 在開漏或推挽式配置中，輸出緩沖器被打開
● 內置外設的信號驅動輸出緩沖器(復用功能輸出)
● 施密特觸發輸入被激活
● 弱上拉和下拉電阻被禁止
● 在每個APB2時鐘周期，出現在I/O腳上的資料被采樣到輸入資料暫存器
● 開漏模式時，讀輸入資料暫存器時可得到I/O口狀態
● 在推挽模式時，讀輸出資料暫存器時可得到最后一次寫的值

下圖示出了I/O埠位的復用功能配置，一組復用功能I/O暫存器允許用戶把一些復用功能重新映象到不同的引腳，

開漏復用輸出模式：GPIO_Mode_AF_OD
復用與不是復用的區別在于———非復用輸出是cpu控制，復用功能則是從復用功能輸出口上接受輸出信號，可以是從外設接受輸入信號輸出，GPIO復用為其他外設，輸出資料暫存器GPIOx_ODR無效；輸出的高低電平的來源于其它外設，施密特觸發器打開，輸入可用，通過輸入資料暫存器可獲取I/O實際狀態除了輸出信號的來源改變其他與開漏輸出功能相同，

推挽復用輸出模式：GPIO_Mode_AF_PP

復用功能與之前類似，輸出信號來源來自復用功能輸出口，與開漏復用輸出在于其在經過輸出控制電路后面的MOS管不同！

GPIO復用功能總結：

復用功能模式中，輸出使能，輸出速度可配置，可作業在開漏及推挽模式，但是輸出信號源于其它外設，輸出資料暫存器GPIOx_ODR無效；輸入可用，通過輸入資料暫存器可獲取I/O實際狀態，但一般直接用外設的暫存器來獲取該資料信號，
用于復用功能時，可使用上拉、下拉或者浮空模式，同輸出模式，在這種情況下，初始化后引腳默認輸出低電平，上拉只起到小幅提高輸出電流能力，但不會影響引腳的默認狀態，

2.4 模擬輸入配置

當I/O埠被配置為模擬輸入配置時：
● 輸出緩沖器被禁止
● 禁止施密特觸發輸入，實作了每個模擬I/O引腳上的零消耗，施密特觸發輸出值被強置為’0’
● 弱上拉和下拉電阻被禁止
● 讀取輸入資料暫存器時數值為’0’

下圖示出了I/O埠位的高阻抗模擬輸入配置：

模擬輸入通道：GPIO_Mode_AIN

當GPIO用于模擬功能時，引腳的上、下拉電阻是不起作用的，輸入沒有上拉下拉電阻，這個時候即使配置了上拉或下拉模式，也不會影響到模擬信號的輸入輸出，且輸入的是電壓而非電平（電平只有高低之分，電壓則是一個連續值），該輸入方式可用于AD轉換接受模擬信號，當GPIO引腳用于ADC采集電壓的輸入通道時，用作"模擬輸入"功能，此時信號不經過施密特觸發器，直接直接進入ADC模塊，并且輸入資料暫存器為空，CPU不能在輸入資料暫存器上讀到引腳狀態，
除了 ADC 和 DAC 要將 IO 配置為模擬通道之外其他外設功能一律要配置為復用功能模式，

GPIO模擬輸入功能總結：

模擬輸入輸出模式中，雙MOS管結構被關閉，施密特觸發器停用，上/下拉也被禁止，其他外設通過模擬通道進行輸入輸出，

IO口總結：
在STM32中選用IO模式總結：
（1）浮空輸入_IN_FLOATING ——浮空輸入，可以做KEY識別
（2）帶上拉輸入_IPU——IO內部上拉電阻輸入
（3）帶下拉輸入_IPD—— IO內部下拉電阻輸入
（4）模擬輸入_AIN ——應用ADC模擬輸入，或者低功耗下省電
（5）開漏輸出_OUT_OD ——IO輸出0接GND，IO輸出1，懸空，需要外接上拉電阻，才能實作輸出高電平，當輸出為1時，IO口的狀態由上拉電阻拉高電平，但由于是開漏輸出模式，這樣IO口也就可以由外部電路改變為低電平或不變，可以讀IO輸入電平變化，實作STM32的IO雙向功能
（6）推挽輸出_OUT_PP ——IO輸出0-接GND， IO輸出1 -接VCC，讀輸入值是未知的
（7）復用功能的推挽輸出_AF_PP ——片內外設功能（I2C的SCL,SDA）
（8）復用功能的開漏輸出_AF_OD——片內外設功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）
正點原子對常用輸入輸出方式的作用的總結：
（1）作為普通GPIO 輸入：根據需要配置該引腳為浮空輸入、帶弱上拉輸入或帶弱下拉輸入，同時不要使能該引腳對應的所有復用功能模塊，
（2）作為普通GPIO 輸出：根據需要配置該引腳為推挽輸出或開漏輸出，同時不要使能該引腳對應的所有復用功能模塊，
（3）作為普通模擬輸入：配置該引腳為模擬輸入模式，同時不要使能該引腳對應的所有復用功能模塊，
（4）作為內置外設的輸入：根據需要配置該引腳為浮空輸入、帶弱上拉輸入或帶弱下拉輸入，同時使能該引腳對應的某個復用功能模塊，
（5）作為內置外設的輸出：根據需要配置該引腳為復用推挽輸出或復用開漏輸出，同時使能該引腳對應的所有復用功能模塊，

3 外設 I/O配置模式選擇

高級定時器TIM1/TIM8：

通用定時器TIM2/3/4/5：

USART：

SPI：

I2S：

I2C介面：

BxCAN：

USB：

全速USB OTG引腳配置：

SDIO：

ADC/DAC：

FSMC：

其它I/O功能：

4 F1暫存器配置

埠配置低暫存器(GPIOx_CRL) (x=A..E)

埠配置高暫存器(GPIOx_CRH) (x=A..E)

埠輸入資料暫存器(GPIOx_IDR) (x=A..E)

看GPIO結構框圖的上半部分，它時GPIO引腳經過上、下拉電阻后引入的，它連接到施密特觸發器，信號經過觸發器后，模擬信號轉化為0、1的數字信號，然后存盤再“輸出資料暫存器GPIOx_IDR”中，通過讀取該暫存器就可以了解GPIO引腳的電平狀態，

埠輸出資料暫存器(GPIOx_ODR) (x=A..E)

前面提到的雙MOS管結構電路的輸入信號，是由GPIO“埠輸出資料暫存器“GPIOx_ODR”提供的，因此我們通過修改輸出資料暫存器的值就可以修改GPIO引腳的輸出電平，

埠位設定/清除暫存器(GPIOx_BSRR) (x=A..E)

”埠位設定/清除暫存器GPIOx_BSRR“可以通過修改輸出資料暫存器的值從而影響電路的輸出，

埠位清除暫存器(GPIOx_BRR) (x=A..E)

”埠位清除暫存器GPIOx_BRR“可以通過修改輸出資料暫存器的值從而影響電路的輸出，

埠配置鎖定暫存器(GPIOx_LCKR) (x=A..E)

5 F4暫存器配置

埠模式暫存器(GPIOx_MODER)

埠輸出型別暫存器(GPIOx_OTYPER)

埠輸出速度暫存器(GPIOx_OSPEEDR)

埠上拉/下拉暫存器(GPIOx_PUPDR)

埠輸入資料暫存器(GPIOx_IDR)

埠輸出資料暫存器（GPIOx_ODR)

埠置位/復位暫存器(GPIOx_BSRR)

埠配置鎖存暫存器（GPIOx_LCKR ）

復位功能暫存器（低位GPIOx_AFRL & GPIOx_AFRH)

6 GPIO的初始化(F1)

我們以初始化LED為例

6.1 定義一個 GPIO_InitTypeDef 型別的結構體

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /*定義一個 GPIO_InitTypeDef 型別的結構體*/

一共有3個引數

typedef struct
{
  uint16_t GPIO_Pin;             /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
                                      This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */
  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;  /*!< Specifies the speed for the selected pins.
                                      This parameter can be a value of @ref GPIOSpeed_TypeDef */
  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;    /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
                                      This parameter can be a value of @ref GPIOMode_TypeDef */
}GPIO_InitTypeDef;

6.2 開啟 LED 相關的 GPIO 外設時鐘

RCC_AHB1PeriphClockCmd ( RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE); /*開啟 AHB1時鐘*/

相對應的外設功能所使用的時鐘在stm32f10x_rcc.h 中即可查看到,下面是部分時鐘：

//APB2_peripheral
#define RCC_APB2Periph_AFIO              ((uint32_t)0x00000001)
#define RCC_APB2Periph_GPIOA             ((uint32_t)0x00000004)
#define RCC_APB2Periph_GPIOB             ((uint32_t)0x00000008)
#define RCC_APB2Periph_GPIOC             ((uint32_t)0x00000010)
#define RCC_APB2Periph_GPIOD             ((uint32_t)0x00000020)
#define RCC_APB2Periph_GPIOE             ((uint32_t)0x00000040)
#define RCC_APB2Periph_GPIOF             ((uint32_t)0x00000080)
#define RCC_APB2Periph_GPIOG             ((uint32_t)0x00000100)
#define RCC_APB2Periph_ADC1              ((uint32_t)0x00000200)
#define RCC_APB2Periph_ADC2              ((uint32_t)0x00000400)
#define RCC_APB2Periph_TIM1              ((uint32_t)0x00000800)
#define RCC_APB2Periph_SPI1              ((uint32_t)0x00001000)
#define RCC_APB2Periph_TIM8              ((uint32_t)0x00002000)
#define RCC_APB2Periph_USART1            ((uint32_t)0x00004000)
#define RCC_APB2Periph_ADC3              ((uint32_t)0x00008000)
#define RCC_APB2Periph_TIM15             ((uint32_t)0x00010000)
#define RCC_APB2Periph_TIM16             ((uint32_t)0x00020000)
#define RCC_APB2Periph_TIM17             ((uint32_t)0x00040000)
#define RCC_APB2Periph_TIM9              ((uint32_t)0x00080000)
#define RCC_APB2Periph_TIM10             ((uint32_t)0x00100000)
#define RCC_APB2Periph_TIM11             ((uint32_t)0x00200000)

6.3 選擇要控制的 GPIO 引腳

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 ; /*選擇Pin9引腳*/

可選引腳為0-15 一組IO口有16個引腳

#define GPIO_Pin_0                 ((uint16_t)0x0001)  /* Pin 0 selected */
#define GPIO_Pin_1                 ((uint16_t)0x0002)  /* Pin 1 selected */
#define GPIO_Pin_2                 ((uint16_t)0x0004)  /* Pin 2 selected */
#define GPIO_Pin_3                 ((uint16_t)0x0008)  /* Pin 3 selected */
#define GPIO_Pin_4                 ((uint16_t)0x0010)  /* Pin 4 selected */
#define GPIO_Pin_5                 ((uint16_t)0x0020)  /* Pin 5 selected */
#define GPIO_Pin_6                 ((uint16_t)0x0040)  /* Pin 6 selected */
#define GPIO_Pin_7                 ((uint16_t)0x0080)  /* Pin 7 selected */
#define GPIO_Pin_8                 ((uint16_t)0x0100)  /* Pin 8 selected */
#define GPIO_Pin_9                 ((uint16_t)0x0200)  /* Pin 9 selected */
#define GPIO_Pin_10                ((uint16_t)0x0400)  /* Pin 10 selected */
#define GPIO_Pin_11                ((uint16_t)0x0800)  /* Pin 11 selected */
#define GPIO_Pin_12                ((uint16_t)0x1000)  /* Pin 12 selected */
#define GPIO_Pin_13                ((uint16_t)0x2000)  /* Pin 13 selected */
#define GPIO_Pin_14                ((uint16_t)0x4000)  /* Pin 14 selected */
#define GPIO_Pin_15                ((uint16_t)0x8000)  /* Pin 15 selected */

6.4 設定所選引腳的模式

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; /*設定為推挽輸出模式*/

引腳的模式共有八種，分別為模擬輸入，輸入浮空，輸入下拉，輸入上拉，開漏輸出，推挽式輸出，開漏復用功能，推挽式復用功能

typedef enum
{ GPIO_Mode_AIN = 0x0,
  GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,
  GPIO_Mode_IPD = 0x28,
  GPIO_Mode_IPU = 0x48,
  GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,
  GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,
  GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,
  GPIO_Mode_AF_PP = 0x18
}GPIOMode_TypeDef;

6.5 設定所選管腳的速度

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; /*設定速度為50MHz 高速模式*/

typedef enum
{ 
  GPIO_Speed_10MHz = 1,
  GPIO_Speed_2MHz, 
  GPIO_Speed_50MHz
}GPIOSpeed_TypeDef;

6.6 初始化GPIO

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化所設定的引腳

GPIO_Init() 是官方配置的初始化函式 第一個引數是GPIOX 第二個引數是結構體所對應GPIO各種引數的配置

7 GPIO的初始化(F4)

我們以初始化LED為例

7.1 定義一個 GPIO_InitTypeDef 型別的結構體

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /*定義一個 GPIO_InitTypeDef 型別的結構體*/

一共有5個引數

typedef struct
{
  uint32_t GPIO_Pin;              /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
                                       This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */
  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;     /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
                                       This parameter can be a value of @ref GPIOMode_TypeDef */
  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;   /*!< Specifies the speed for the selected pins.
                                       This parameter can be a value of @ref GPIOSpeed_TypeDef */
  GPIOOType_TypeDef GPIO_OType;   /*!< Specifies the operating output type for the selected pins.
                                       This parameter can be a value of @ref GPIOOType_TypeDef */
  GPIOPuPd_TypeDef GPIO_PuPd;     /*!< Specifies the operating Pull-up/Pull down for the selected pins.
                                       This parameter can be a value of @ref GPIOPuPd_TypeDef */
}GPIO_InitTypeDef;

7.2 開啟 LED 相關的 GPIO 外設時鐘

RCC_AHB1PeriphClockCmd ( RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE); /*開啟 AHB1時鐘*/

Q:為什么要設定時鐘？
任何外設都需要時鐘，51單片機，stm32，430等等，因為暫存器是由D觸發器組成的，往觸發器里面寫東西，前提條件是有時鐘輸入，stm32是低功耗，他將所有的門都默認設定為disable(不使能)，在你需要用哪個門的時候，開哪個門就可以，也就是說用到什么外設，只要打開對應外設的時鐘就可以，其他的沒用到的可以還是disable(不使能)，這樣耗能就會減少，
Q:為什么 STM32 要有多個時鐘源呢？
因為首先STM32本身非常復雜，外設非常的多，但是并不是所有外設都需要系統時鐘這么高的頻率，比如看門狗以及 RTC 只需要幾十k的時鐘即可，同一個電路，時鐘越快功耗越大，同時抗電磁干擾能力也會越弱，所以對于較為復雜的 MCU 一般都是采取多時鐘源的方法來解決這些問題，

相對應的外設功能所使用的時鐘在stm32f4xx_rcc.h 中即可查看到,下面是部分時鐘：

//RCC_AHB1_Peripherals
#define RCC_AHB1Periph_GPIOA             ((uint32_t)0x00000001)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOB             ((uint32_t)0x00000002)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOC             ((uint32_t)0x00000004)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOD             ((uint32_t)0x00000008)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOE             ((uint32_t)0x00000010)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOF             ((uint32_t)0x00000020)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOG             ((uint32_t)0x00000040)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOH             ((uint32_t)0x00000080)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOI             ((uint32_t)0x00000100) 
#define RCC_AHB1Periph_GPIOJ             ((uint32_t)0x00000200)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOK             ((uint32_t)0x00000400)
#define RCC_AHB1Periph_CRC               ((uint32_t)0x00001000)
#define RCC_AHB1Periph_FLITF             ((uint32_t)0x00008000)
#define RCC_AHB1Periph_SRAM1             ((uint32_t)0x00010000)
#define RCC_AHB1Periph_SRAM2             ((uint32_t)0x00020000)
#define RCC_AHB1Periph_BKPSRAM           ((uint32_t)0x00040000)
#define RCC_AHB1Periph_SRAM3             ((uint32_t)0x00080000)
#define RCC_AHB1Periph_CCMDATARAMEN      ((uint32_t)0x00100000)
#define RCC_AHB1Periph_DMA1              ((uint32_t)0x00200000)
#define RCC_AHB1Periph_DMA2              ((uint32_t)0x00400000)
#define RCC_AHB1Periph_DMA2D             ((uint32_t)0x00800000)
#define RCC_AHB1Periph_ETH_MAC           ((uint32_t)0x02000000)
#define RCC_AHB1Periph_ETH_MAC_Tx        ((uint32_t)0x04000000)
#define RCC_AHB1Periph_ETH_MAC_Rx        ((uint32_t)0x08000000)
#define RCC_AHB1Periph_ETH_MAC_PTP       ((uint32_t)0x10000000)
#define RCC_AHB1Periph_OTG_HS            ((uint32_t)0x20000000)
#define RCC_AHB1Periph_OTG_HS_ULPI       ((uint32_t)0x40000000)

#define IS_RCC_AHB1_CLOCK_PERIPH(PERIPH) ((((PERIPH) & 0x810BE800) == 0x00) && ((PERIPH) != 0x00))
#define IS_RCC_AHB1_RESET_PERIPH(PERIPH) ((((PERIPH) & 0xDD1FE800) == 0x00) && ((PERIPH) != 0x00))
#define IS_RCC_AHB1_LPMODE_PERIPH(PERIPH) ((((PERIPH) & 0x81106800) == 0x00) && ((PERIPH) != 0x00))

7.3 選擇要控制的 GPIO 引腳

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; /*選擇Pin9引腳*/

可選引腳為0-15 一組IO口有16個引腳

#define GPIO_Pin_0                 ((uint16_t)0x0001)  /* Pin 0 selected */
#define GPIO_Pin_1                 ((uint16_t)0x0002)  /* Pin 1 selected */
#define GPIO_Pin_2                 ((uint16_t)0x0004)  /* Pin 2 selected */
#define GPIO_Pin_3                 ((uint16_t)0x0008)  /* Pin 3 selected */
#define GPIO_Pin_4                 ((uint16_t)0x0010)  /* Pin 4 selected */
#define GPIO_Pin_5                 ((uint16_t)0x0020)  /* Pin 5 selected */
#define GPIO_Pin_6                 ((uint16_t)0x0040)  /* Pin 6 selected */
#define GPIO_Pin_7                 ((uint16_t)0x0080)  /* Pin 7 selected */
#define GPIO_Pin_8                 ((uint16_t)0x0100)  /* Pin 8 selected */
#define GPIO_Pin_9                 ((uint16_t)0x0200)  /* Pin 9 selected */
#define GPIO_Pin_10                ((uint16_t)0x0400)  /* Pin 10 selected */
#define GPIO_Pin_11                ((uint16_t)0x0800)  /* Pin 11 selected */
#define GPIO_Pin_12                ((uint16_t)0x1000)  /* Pin 12 selected */
#define GPIO_Pin_13                ((uint16_t)0x2000)  /* Pin 13 selected */
#define GPIO_Pin_14                ((uint16_t)0x4000)  /* Pin 14 selected */
#define GPIO_Pin_15                ((uint16_t)0x8000)  /* Pin 15 selected */
#define GPIO_Pin_All               ((uint16_t)0xFFFF)  /* All pins selected */

7.4 設定所選引腳的模式

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; /*設定為輸出模式*/

引腳的模式共有四種，分別為輸入，輸出，復用，和模擬模式

typedef enum
{ 
  GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */
  GPIO_Mode_OUT  = 0x01, /*!< GPIO Output Mode */
  GPIO_Mode_AF   = 0x02, /*!< GPIO Alternate function Mode */
  GPIO_Mode_AN   = 0x03  /*!< GPIO Analog Mode */
}GPIOMode_TypeDef;

7.5 設定所選引腳的輸出型別

GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; /*設定引腳的輸出型別為推挽輸出*/

輸出模式有兩種：推挽輸出和開漏輸出

typedef enum
{ 
  GPIO_OType_PP = 0x00,
  GPIO_OType_OD = 0x01
}GPIOOType_TypeDef;

只有輸出模式才需要配置，輸入模式下不需要配置

7.6 設定所選管腳的速度

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//設定速度為100MHz 高速模式

typedef enum
{ 
  GPIO_Low_Speed     = 0x00, /*!< Low speed    */
  GPIO_Medium_Speed  = 0x01, /*!< Medium speed */
  GPIO_Fast_Speed    = 0x02, /*!< Fast speed   */
  GPIO_High_Speed    = 0x03  /*!< High speed   */
}GPIOSpeed_TypeDef;

/* Add legacy definition */
#define  GPIO_Speed_2MHz    GPIO_Low_Speed    
#define  GPIO_Speed_25MHz   GPIO_Medium_Speed 
#define  GPIO_Speed_50MHz   GPIO_Fast_Speed 
#define  GPIO_Speed_100MHz  GPIO_High_Speed

7.7 設定所選管腳的上拉與下拉

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; /*設定引腳為上拉模式*/

可設定為：上拉，下拉，與浮空

typedef enum
{ 
  GPIO_PuPd_NOPULL = 0x00,
  GPIO_PuPd_UP     = 0x01,
  GPIO_PuPd_DOWN   = 0x02
}GPIOPuPd_TypeDef;

7.8 初始化GPIO

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化所設定的引腳

GPIO_Init() 是官方配置的初始化函式 第一個引數是GPIOX 第二個引數是結構體所對應GPIO各種引數的配置

8 stm32 GPIO速率

8.1 GPIO 引腳速度

GPIO 引腳輸出速度有：GPIO_Speed_2MHz(10MHz，50MHz，100MHz)
官方一點的解釋：GPIO口的驅動電路回應速度，不是輸出信號的速度，輸出信號的速度與程式有關，通過選擇速度來選擇不同的驅動電路，降低功耗控制噪聲，又稱輸出驅動電路的回應速度：（芯片內部在I/O口的輸出部分安排了多個回應速度不同的輸出驅動電路，用戶可以根據自己的需要選擇合適的驅動電路，通過選擇速度來選擇不同的輸出驅動模塊，達到最佳的噪聲控制和降低功耗的目的，）
可理解為: 輸出驅動電路的帶寬：即一個驅動電路可以不失真地通過信號的最大頻率，(如果一個信號的頻率超過了驅動電路的回應速度，就有可能信號失真，) 例如如果信號頻率為10MHz，而你配置了2MHz的帶寬，則10MHz的方波很可能就變成了正弦波，就好比是公路的設計時速，汽車速度低于設計時速時，可以平穩地運行，如果超過設計時速就會顛簸，甚至翻車，
關鍵是：GPIO的引腳速度跟應用相匹配，速度配置越高，輸出驅動電路的帶寬越大，噪聲也越大，功耗越大，速度配置越低，輸出驅動電路的帶寬越小，噪聲也越小，功耗越小，使用合適的驅動器可以降低功耗和噪聲，我們選擇的只是不同的輸出驅動電路，而電路在設計好了后它本身的帶寬也就確定了，也就是說這個速率（帶寬）與系統時鐘無關，

比如：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，這樣非常有利于提高系統的EMI性能，當然如果要輸出較高頻率的信號，但卻選用了較低頻率的驅動模塊，很可能會得到失真的輸出信號，關鍵是GPIO的引腳速度跟應用匹配（推薦10倍以上），
比如：
1）USART串口，若最大波特率只需115.2k，那用2M的速度就夠了，既省電也噪聲小，
2）I2C介面，若使用400k波特率，若想把余量留大些，可以選用10M的GPIO引腳速度，
3）SPI介面，若使用18M或9M波特率，需要選用50M的GPIO的引腳速度，

8.2 GPIO的翻轉速度

GPIO的翻轉速度指：輸入/輸出暫存器的0 ，1 值反映到外部引腳(APB2上)高低電平的速度，F1手冊上指出GPIO最大翻轉速度可達18MHz，

通過簡單的程式測驗，用示波器觀察到的翻轉時間: 是綜合的時間，包括取指令的時間、指令執行的時間、指令執行后信號傳遞到暫存器的時間(這其中可能經過很多環節，比如AHB、APB、總線仲裁等)，最后才是信號從暫存器傳輸到引腳所經歷的時間，

如：有上拉電阻，其阻值越大，RC延時越大，即邏輯電平轉換的速度越慢，功耗越大，

8.3 GPIO的輸出速度

GPIO 輸出速度：與程式有關，(程式中寫的多久輸出一個信號)，

9 stm32埠重映射

重映射：為了使不同器件封裝的外設 IO 功能數量達到最優，可以把一些復用功能重新映射到其他一些引腳上，目的為了讓設計工程師可以更好地安排引腳的走向和功能，在 STM32 中引入了外設引腳重映射的概念，即一個外設的引腳除了具有默認的埠外，還可以通過設定重映射暫存器的方式，把這個外設的引腳映射到其它的埠，簡單的講就是把管腳的外設功能映射到另一個管腳去使用，但是不是可以隨便映射的，根據手冊是否可以映射，

重映射技術的需求背景：
1）I/O的復用：GPIO和內置外設共用引出管腳
2）I/O的重映射：復用功能（AFIO）從不同的GPIO管腳引出
3）方便了PCB的設計，減少了信號交叉干擾
4）分時復用某些外設，虛擬地增加了埠數目
5）為了使不同器件封裝的外設IO功能數量達到最優，可以把一些復用功能重新映射到其他一些引腳上，STM32中有很多內置外設的輸入輸出引腳都具有重映射(remap)的功能，

以串口1為例：

上圖中的，Remap對應的I/O就是可以重映射到的I/O，Default就是該I/O默認可復用的功能，從上圖中可以看出串口1 可以重映射到 PB6和PB7引腳，也就是說如果PA9和PA10引腳不好用的時候，或者已經被占用了；那么可以用PB6和PB7來實作串口1的功能，

9.1 AFIO重映射的操作步驟

1）使能被重新映射到的I/O埠時鐘
2）使能被重新映射的外設時鐘
3）使能AFIO功能的時鐘（勿忘）
4）進行重映射

注意第3步，使能AFIO功能時鐘，為什么需要使能這個時鐘 & 什么時候需要使能這個時鐘，可以參見下面這個回答

那么，問題來了！AFIO 是什么？AFIO 時鐘什么時候需要開啟？　　
　　我們從《STM32中文參考手冊_V10》中找到：對暫存器 AFIO_EVCR、AFIO_MAPR 和 AFIO_EXTICRX 進行讀寫操作前，應當首先打開 AFIO 的時鐘（設定 APB2 外設時鐘使能暫存器 RCC_APB2ENR），
　　也就是說：當你需要配置 AFIO 這些暫存器的時候，就需要把 RCC_APB2ENR 暫存器的 AFIO 位置‘1’打開 AFIO 時鐘，　　
　　跟 AFIO 相關的暫存器有：
　　 1、事件控制暫存器（AFIO_EVCR）
　　 2、復用重映射和除錯I/O 配置暫存器（AFIO_MAPR）
　　 3、外部中斷配置暫存器1（AFIO_EXTICR1）
　　 4、外部中斷配置暫存器2（AFIO_EXTICR2）
　　 5、外部中斷配置暫存器3（AFIO_EXTICR3）
　　 6、外部中斷配置暫存器4（AFIO_EXTICR4）
　　看看這些暫存器的定義，我們就明白，這些暫存器是用于“事件控制”、“重映射”、“除錯IO配置”、“外部中斷”的，例如 AFIO_EXTICRX 用于選擇 EXTIx 外部中斷的輸入源，
　　總結：當我們需要配置這些 AFIO 暫存器的時候，就需要打開 RCC_APB2ENR 暫存器的 AFIO 時鐘，而不是用到引腳復用功能的時候打開，

9.2 部分重映射 & 完全重映射

部分重映射：功能外設的部分引腳重新映射，還有一部分引腳是原來的默認引腳，
完全重映射：功能外設的所有引腳都重新映射，

引腳重映射配置程序（串口3為例）：
1）使能GPIO時鐘（重映射后的IO);
2）使能功能外設時鐘（例如串口3);
3）使能AFIO時鐘，重映射必須使能AFIO時鐘：
4）開啟重映射，

  GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_USART3, ENABLE);
  //根據第一個引數，來確定是部分重映射還是全部重映射

以串口3為例，如果想部分映射：GPIO_PinRemapConfig()的第一個引數取值應該是： GPIO_PartialRemap_USART3，如果是完全映射就是：GPIO_FullRemap_USART3

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