STM32单片机GPIO编程：10个实战案例，揭开输入_输出端口的奥秘

# 1. STM32 GPIO 简介**

STM32 微控制器（MCU）的通用输入输出（GPIO）端口是与外部世界交互的重要接口。GPIO 端口允许 MCU 读取输入信号（如按钮或传感器数据）并控制输出设备（如 LED 或继电器）。本文将深入探讨 STM32 GPIO 的架构、配置和编程，帮助读者充分利用其功能。

# 2. GPIO 编程基础

### 2.1 GPIO 配置和初始化

GPIO 的配置和初始化是使用 GPIO 编程的基础。它涉及设置 GPIO 的模式、速度和输入输出方向。

#### 2.1.1 GPIO 模式和速度配置

GPIO 模式决定了 GPIO 引脚的行为。STM32 提供了多种 GPIO 模式，包括：

| 模式 | 描述 |
|---|---|
| 输入模式 | GPIO 引脚配置为输入，可以接收信号 |
| 输出模式 | GPIO 引脚配置为输出，可以输出信号 |
| 推挽模式 | GPIO 引脚配置为推挽输出，可以驱动外部负载 |
| 开漏模式 | GPIO 引脚配置为开漏输出，需要外部上拉电阻 |
| 模拟输入模式 | GPIO 引脚配置为模拟输入，可以读取模拟信号 |

GPIO 速度决定了 GPIO 引脚的切换速度。STM32 提供了多种 GPIO 速度，包括：

| 速度 | 描述 |
|---|---|
| 低速 | GPIO 引脚切换速度低，适合低频应用 |
| 中速 | GPIO 引脚切换速度中等，适合中等频率应用 |
| 高速 | GPIO 引脚切换速度高，适合高频应用 |
| 极高速 | GPIO 引脚切换速度极高，适合极高频应用 |

GPIO 模式和速度的配置可以通过以下代码进行：

/* 配置 GPIOA 引脚 0 为输入模式，低速 */
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

#### 2.1.2 GPIO 输入输出配置

GPIO 输入输出配置决定了 GPIO 引脚是作为输入还是输出。

* **输入配置：** GPIO 引脚配置为输入时，可以读取外部信号。输入配置可以通过以下代码进行：

/* 配置 GPIOA 引脚 0 为输入模式 */
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

* **输出配置：** GPIO 引脚配置为输出时，可以输出信号。输出配置可以通过以下代码进行：

/* 配置 GPIOA 引脚 0 为输出模式 */
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

输出配置时，还可以指定输出类型。STM32 提供了两种输出类型：

* **推挽输出：** GPIO 引脚直接驱动外部负载。
* **开漏输出：** GPIO 引脚需要外部上拉电阻才能驱动外部负载。

### 2.2 GPIO 中断处理

GPIO 中断处理允许 GPIO 引脚在特定事件（如电平变化）发生时触发中断。

#### 2.2.1 中断配置和使能

GPIO 中断配置和使能涉及以下步骤：

1. **配置 GPIO 引脚为中断模式：** GPIO 引脚必须配置为中断模式才能触发中断。中断模式可以通过以下代码配置：

/* 配置 GPIOA 引脚 0 为中断模式 */
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

2. **配置中断触发条件：** GPIO 中断可以由多种事件触发，包括电平变化、上升沿、下降沿等。中断触发条件可以通过以下代码配置：

/* 配置 GPIOA 引脚 0 中断为上升沿触发 */
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);

3. **使能 GPIO 中断：** GPIO 中断必须使能才能生效。中断使能可以通过以下代码进行：

/* 使能 GPIOA 引脚 0 中断 */
HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);

#### 2.2.2 中断服务函数编写

中断服务函数是在 GPIO 中断触发时执行的函数。中断服务函数必须在中断向量表中注册，并包含中断处理逻辑。

以下是一个 GPIO 中断服务函数的示例：

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
  /* 清除中断标志位 */
  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);

  /* 中断处理逻辑 */
  // ...
}

# 3. GPIO 实战案例**

### 3.1 LED 控制

#### 3.1.1 单个 LED 控制

**目标：**控制单个 LED 的亮灭。

**步骤：**

1. **配置 GPIO 管脚：**
- 设置 GPIO 管脚为输出模式。
- 设置 GPIO 管脚的输出速度。

2. **控制 LED：**
- 写入高电平到 GPIO 管脚以点亮 LED。
- 写入低电平到 GPIO 管脚以熄灭 LED。

**代码示例：**

// 定义 LED GPIO 管脚
#define LED_GPIO_PORT GPIOA
#define LED_GPIO_PIN GPIO_PIN_5

// 配置 LED GPIO 管脚
void LED_Init(void) {
    // 使能 GPIOA 时钟
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2EN