STM32单片机GPIO编程实战：点亮LED，解锁交互世界

# 1. STM32单片机GPIO基础**

GPIO（通用输入输出）是STM32单片机中最重要的外设之一，它允许与外部世界进行交互。GPIO引脚可以配置为输入或输出，从而可以连接各种传感器、执行器和显示器。

GPIO引脚的配置由GPIO寄存器控制，这些寄存器允许设置引脚的模式（输入、输出、模拟）、速度和中断行为。通过操作这些寄存器，可以实现各种GPIO功能，例如读取传感器数据、控制LED灯和检测按钮按下。

# 2. GPIO编程基础

### 2.1 GPIO模式和配置

#### 2.1.1 GPIO模式概述

GPIO模式定义了GPIO引脚的行为，主要包括输入模式、输出模式和模拟模式。

- **输入模式：** GPIO引脚被配置为接收外部信号。
- **输出模式：** GPIO引脚被配置为驱动外部设备。
- **模拟模式：** GPIO引脚被配置为模拟输入或输出，用于连接模拟信号。

#### 2.1.2 GPIO配置寄存器

GPIO模式通过GPIO配置寄存器进行配置，主要包括以下寄存器：

- **GPIOx_MODER：** 模式配置寄存器，用于设置GPIO引脚的模式。
- **GPIOx_OTYPER：** 输出类型寄存器，用于设置GPIO引脚的输出类型（推挽输出或开漏输出）。
- **GPIOx_OSPEEDR：** 输出速度寄存器，用于设置GPIO引脚的输出速度（低速、中速或高速）。
- **GPIOx_PUPDR：** 上拉/下拉寄存器，用于设置GPIO引脚的上拉或下拉电阻。

### 2.2 GPIO输入输出操作

#### 2.2.1 GPIO输入操作

GPIO输入操作主要通过读取GPIO输入数据寄存器（GPIOx_IDR）实现。

// 读取GPIOA引脚0的输入状态
uint8_t input_state = GPIOA->IDR & (1 << 0);

#### 2.2.2 GPIO输出操作

GPIO输出操作主要通过设置GPIO输出数据寄存器（GPIOx_ODR）实现。

// 设置GPIOA引脚0为高电平
GPIOA->ODR |= (1 << 0);

// 设置GPIOA引脚0为低电平
GPIOA->ODR &= ~(1 << 0);

**代码逻辑分析：**

- `GPIOA->IDR & (1 << 0)`：按位与运算，判断GPIOA引脚0是否为高电平。
- `GPIOA->ODR |= (1 << 0)`：按位或运算，将GPIOA引脚0设置为高电平。
- `GPIOA->ODR &= ~(1 << 0)`：按位与非运算，将GPIOA引脚0设置为低电平。

# 3. GPIO应用实战

### 3.1 点亮LED

#### 3.1.1 硬件连接

点亮LED需要将LED的正极连接到STM32单片机的GPIO引脚，负极连接到地线。具体连接方式如下：

* STM32单片机GPIO引脚：PA0
* LED正极：连接到PA0引脚
* LED负极：连接到地线

#### 3.1.2 软件编程

点亮LED的软件编程步骤如下：

1. **配置GPIO引脚为输出模式**

/* 使能GPIOA时钟 */
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;

/* 配置PA0引脚为输出模式 */
GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE0;
GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE0_0;

2. **设置GPIO引脚输出高电平**

/* 设置PA0引脚输出高电平 */
GPIOA->ODR |= GPIO_ODR_ODR0;

**代码逻辑分析：**

* `RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;`：使能GPIOA时钟，确保GPIOA外设可以正常工作。
* `GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE0;`：清除PA0引脚的模式位，将其设置为输出模式。
* `GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE0_0;`：设置PA0引脚的模式位为输出模式（01）。
* `GPIOA->ODR |= GPIO_ODR_ODR0;`：设置PA0引脚输出高电平，点亮LED。

### 3.2 按键输入

#### 3.2.1 硬件连接

按键输入需要将按键的一端连接到STM32单片机的GPIO引脚，另一端连接到地线。具体连接方式如下：

* STM32单片机GPIO引脚：PA1
* 按键一端：连接到PA1引脚
* 按键另一端：连接到地线

#### 3.2.2 软件编程

按键输入的软件编程步骤如下：

1. **配置GPIO引脚为输入模式**

/* 使能GPIOA时钟 */
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;

/* 配置PA1引脚为输入模式 */
GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE1;

2. **读取GPIO引脚电平**

/* 读取PA1引脚电平 */
uint8_t key_state = (GPIOA->IDR & GPIO_IDR_IDR1) >> 1;

**代码逻辑分析：**

* `RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;`：使能GPIOA时钟，确保GPIOA外设可以正常工作。
* `GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE1;`：清除PA1引脚的模式位，将其设置为输入模式。
* `uint8_t key_state = (GPIOA->IDR & GPIO_IDR_IDR1) >> 1;`：读取PA1引脚的电平，并将其存储在`key_state`变量中。

# 4. GPIO中断编程

### 4.1 GPIO中断机制

#### 4.1.1