STM32单片机GPIO编程指南：掌握输入输出控制，轻松驾驭

# 1. GPIO概述**

GPIO（通用输入/输出）是STM32单片机中一种重要的外设，它允许微控制器与外部世界交互。GPIO引脚可以配置为输入或输出，并可以连接到各种外部设备，例如传感器、执行器和显示器。

GPIO编程涉及配置GPIO引脚的模式、输入输出状态和中断。通过使用STM32的寄存器，程序员可以灵活地控制GPIO引脚的行为，实现各种功能，例如数据采集、设备控制和用户交互。

# 2. GPIO编程基础

### 2.1 GPIO寄存器结构

STM32单片机的GPIO寄存器结构主要包括以下几个部分：

- **GPIOx_MODER (Mode Register)**：配置GPIO模式，包括输入、输出、推挽输出和开漏输出等模式。
- **GPIOx_OTYPER (Output Type Register)**：配置GPIO输出类型，包括推挽输出和开漏输出。
- **GPIOx_OSPEEDR (Output Speed Register)**：配置GPIO输出速度，包括低速、中速和高速等速度。
- **GPIOx_PUPDR (Pull-up/Pull-down Register)**：配置GPIO上拉/下拉电阻，包括上拉、下拉、浮空等状态。
- **GPIOx_IDR (Input Data Register)**：读取GPIO输入数据。
- **GPIOx_ODR (Output Data Register)**：写入GPIO输出数据。

### 2.2 GPIO模式配置

GPIO模式配置通过GPIOx_MODER寄存器进行。该寄存器共有32位，每4位对应一个GPIO引脚的模式配置。

| 模式 | 二进制编码 |
|---|---|
| 输入模式 | 00 |
| 输出模式 | 01 |
| 推挽输出模式 | 10 |
| 开漏输出模式 | 11 |

例如，要将GPIOA的第5个引脚配置为推挽输出模式，可以设置GPIOA_MODER寄存器的第20-21位为10。

// 配置GPIOA第5个引脚为推挽输出模式
GPIOA->MODER &= ~(3 << (5 * 2));
GPIOA->MODER |= (1 << (5 * 2));

### 2.3 GPIO输入输出控制

GPIO输入输出控制通过GPIOx_IDR和GPIOx_ODR寄存器进行。

- **GPIOx_IDR寄存器**：读取GPIO输入数据。每个位对应一个GPIO引脚的输入状态，0表示低电平，1表示高电平。
- **GPIOx_ODR寄存器**：写入GPIO输出数据。每个位对应一个GPIO引脚的输出状态，0表示低电平，1表示高电平。

例如，要读取GPIOA第5个引脚的输入状态，可以读取GPIOA_IDR寄存器的第5位。

// 读取GPIOA第5个引脚的输入状态
uint8_t input_state = (GPIOA->IDR >> 5) & 0x01;

要将GPIOA第5个引脚输出高电平，可以设置GPIOA_ODR寄存器的第5位为1。

// 将GPIOA第5个引脚输出高电平
GPIOA->ODR |= (1 << 5);

# 3.1 GPIO中断配置

#### 1. 中断使能

在使用GPIO中断之前，需要先使能GPIO中断。具体步骤如下：

1. 确定要使用哪个GPIO端口，并获取其对应的RCC时钟使能寄存器（RCC_AHB1ENR）。
2. 设置RCC时钟使能寄存器的相应位，使能GPIO端口的时钟。
3. 获取要使用哪个GPIO引脚，并获取其对应的GPIO中断寄存器（EXTI_IMR）。
4. 设置GPIO中断寄存器的相应位，使能该引脚的中断。

例如，要使能GPIOA端口的第5个引脚的中断，代码如下：

// 使能GPIOA时钟
RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOAEN;

// 使能GPIOA第5个引脚中断
EXTI->IMR |= EXTI_IMR_IM5;

#### 2. 中断触发方式配置

GPIO中断可以配置为以下三种触发方式：

* 上升沿触发
* 下降沿触发
* 上升沿和下降沿触发

可以通过设置GPIO中断寄存器（EXTI_RTSR）和GPIO中断下降沿触发寄存器（EXTI_FTSR）来配置中断触发方式。

例如，要配置GPIOA第5个引脚为上升沿触发，代码如下：

// 配置GPIOA第5个引脚为上升沿触发
EXTI->RTSR |= EXTI_RTSR_TR5;

#### 3. 中断优先级配置

GPIO中断的优先级可以通过设置NVIC中断优先级寄存器（NVIC_IPRx）来配置。其中，x表示中断优先级组（0~3）。

例如，要将GPIOA中断的优先级设置为组1，代码如下：

// 将GPIOA中断的优先级设置为组1
NVIC_SetPriority(EXTI0_1_IRQn, 1 << 4);

### 3.2 GPIO中断服务程序

GPIO中断服务程序（ISR