STM32单片机GPIO编程秘籍：轻松配置和使用输入_输出端口

# 1. STM32单片机GPIO概述

STM32单片机GPIO（通用输入输出端口）是连接外部设备和单片机内部资源的重要接口。它允许单片机与外部世界进行数据交互，实现各种控制和通信功能。

GPIO端口由多个引脚组成，每个引脚可以配置为输入或输出模式。在输入模式下，引脚可以读取外部信号，而在输出模式下，引脚可以驱动外部设备。GPIO引脚还支持中断功能，允许单片机在外部事件发生时快速响应。

# 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**：模式寄存器，用于配置GPIO的模式（输入/输出/复用）。
* **GPIOx_OTYPER**：输出类型寄存器，用于配置GPIO的输出类型（推挽/开漏）。
* **GPIOx_OSPEEDR**：输出速度寄存器，用于配置GPIO的输出速度（低速/中速/高速）。
* **GPIOx_PUPDR**：上拉/下拉寄存器，用于配置GPIO的上拉/下拉电阻（无/上拉/下拉）。
* **GPIOx_IDR**：输入数据寄存器，用于读取GPIO的输入电平。
* **GPIOx_ODR**：输出数据寄存器，用于设置GPIO的输出电平。
* **GPIOx_BSRR**：置位/复位寄存器，用于置位/复位GPIO的输出电平。
* **GPIOx_LCKR**：锁定寄存器，用于锁定GPIO的配置寄存器。

**2.2 GPIO配置模式**

GPIO可以配置为以下三种模式：

**2.2.1 输入模式**

* 输入模式下，GPIO的输入缓冲器被使能，外部信号可以通过GPIO引脚输入到单片机。
* 输入模式的寄存器配置：GPIOx_MODER = 0b00。

**2.2.2 输出模式**

* 输出模式下，GPIO的输出驱动器被使能，单片机可以通过GPIO引脚输出信号到外部设备。
* 输出模式的寄存器配置：GPIOx_MODER = 0b01。

**2.2.3 其他模式**

除了输入和输出模式之外，GPIO还可以配置为以下模式：

* **复用模式：**GPIO引脚可以复用为其他功能，如串口、I2C等。
* **模拟输入模式：**GPIO引脚可以配置为模拟输入，用于采集模拟信号。

**2.3 GPIO中断配置**

GPIO可以配置为中断源，当GPIO电平发生变化时触发中断。

**2.3.1 中断类型**

GPIO中断可以配置为以下类型：

* **下降沿触发：**当GPIO电平从高电平下降到低电平时触发中断。
* **上升沿触发：**当GPIO电平从低电平上升到高电平时触发中断。
* **电平触发：**当GPIO电平保持在高电平或低电平时触发中断。

**2.3.2 中断配置步骤**

GPIO中断配置步骤如下：

1. 配置GPIO的模式为输入模式。
2. 配置GPIO的中断类型。
3. 使能GPIO的中断。
4. 编写中断服务函数。

# 3. GPIO编程实践

### 3.1 GPIO输入输出操作

#### 3.1.1 输入操作

**代码块：**

// 设置GPIOA的第0位为输入模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

// 读取GPIOA的第0位输入电平
uint8_t input_value = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0);

**逻辑分析：**

* 第一行代码设置GPIOA的第0位为输入模式，该引脚将接收外部信号。
* 第二行代码读取GPIOA的第0位输入电平，并将结果存储在`input_value`变量中。

#### 3.1.2 输出操作

**代码块：**

// 设置GPIOA的第1位为输出模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

// 设置GPIOA的第1位输出高电平
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);

**逻辑分析：**

* 第一行代码设置GPIOA的第1位为输出模式，该引脚将输出信号到外部设备。
* 第二行代码设置GPIOA的第1位输出高电平，表示该引脚输出高电平信号。

### 3.2 GPIO中断处理

#### 3.2.1 中断服务函数

**代码块：**

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_2) {
    // 中断处理代码
  }
}

**逻辑分析：**

* 该函数是GPIO中断服务函数，当GPIO引脚发生中断时被调用。
* 函数参数`GPIO_Pin`表示触发中断的引脚号。
* 在本例中，如果触发中断的引脚是GPIOA的第2位，则执行中断处理代码。

#### 3.2.2 中断优先级设置

**代码块：**

// 设置GPIOA的第3位中断优先级为最高
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI3_IRQn, 0, 0);

**逻辑分析：**

* 该函数设置GPIOA的第3位中断优先级为最高。
* 第一个参数`EXTI3_IRQn`表示中断号，对应于GPIOA的第3位。
* 第二个参数`0`表示中断优先级组，0表示最高优先级组。
* 第三个参数`0`表示中断优先级，0表示最高优先级。

### 3.3 GPIO高级应用

#### 3.3.1 GPIO复用功能

**代码块：**

// 设置GPIOA的第4位为复用功能，连接到USART1的TX引脚
GPIO_InitTypeD