STM32 GPIO端口操作：原理、配置与应用实战指南

# 1. STM32 GPIO端口概述**

STM32微控制器具有丰富的GPIO端口资源，这些端口可用于连接各种外设和传感器。GPIO端口提供了灵活的配置选项，允许开发人员根据应用需求定制端口行为。本章将介绍GPIO端口的基本概念，包括端口类型、引脚功能和配置寄存器。

**GPIO端口类型**

STM32微控制器有多种GPIO端口类型，包括通用输入/输出（GPIO）、模拟输入（AI）和定时器输入/输出（TIM）。GPIO端口可配置为输入或输出，而AI端口专门用于模拟信号输入，TIM端口用于定时器操作。

**引脚功能**

每个GPIO端口包含多个引脚，每个引脚都可以配置为执行不同的功能。这些功能包括输入、输出、中断、模拟输入和定时器输入/输出。引脚功能由端口配置寄存器控制。

# 2. GPIO端口的配置和原理

### 2.1 GPIO端口的寄存器结构

STM32 GPIO端口的寄存器结构分为多个寄存器，每个寄存器负责控制端口的特定功能。

#### 2.1.1 GPIO端口模式寄存器（GPIOx_MODER）

| 字段 | 描述 |
|---|---|
| MODER0 | 第0引脚模式 |
| MODER1 | 第1引脚模式 |
| ... | ... |
| MODER15 | 第15引脚模式 |

**参数说明：**

* MODERx：引脚模式配置位，取值范围为0b00、0b01、0b10、0b11，分别对应输入模式、输出模式、交替功能模式和模拟输入模式。

**逻辑分析：**

// 设置 GPIOA 第0引脚为输出模式
GPIOA->MODER &= ~(3 << (0 * 2)); // 清除MODER0和MODER1
GPIOA->MODER |= (1 << (0 * 2)); // 设置MODER0为1，选择输出模式

#### 2.1.2 GPIO端口输出类型寄存器（GPIOx_OTYPER）

| 字段 | 描述 |
|---|---|
| OTYPER0 | 第0引脚输出类型 |
| OTYPER1 | 第1引脚输出类型 |
| ... | ... |
| OTYPER15 | 第15引脚输出类型 |

**参数说明：**

* OTYPERx：引脚输出类型配置位，取值范围为0b0和0b1，分别对应推挽输出和开漏输出。

**逻辑分析：**

// 设置 GPIOA 第0引脚为开漏输出
GPIOA->OTYPER |= (1 << 0); // 设置OTYPER0为1，选择开漏输出

#### 2.1.3 GPIO端口输出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）

| 字段 | 描述 |
|---|---|
| OSPEEDR0 | 第0引脚输出速度 |
| OSPEEDR1 | 第1引脚输出速度 |
| ... | ... |
| OSPEEDR15 | 第15引脚输出速度 |

**参数说明：**

* OSPEEDRx：引脚输出速度配置位，取值范围为0b00、0b01、0b10、0b11，分别对应低速、中速、高速和非常高速。

**逻辑分析：**

// 设置 GPIOA 第0引脚为高速输出
GPIOA->OSPEEDR |= (3 << (0 * 2)); // 设置OSPEEDR0和OSPEEDR1为11，选择高速输出

#### 2.1.4 GPIO端口上拉/下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）

| 字段 | 描述 |
|---|---|
| PUPDR0 | 第0引脚上拉/下拉 |
| PUPDR1 | 第1引脚上拉/下拉 |
| ... | ... |
| PUPDR15 | 第15引脚上拉/下拉 |

**参数说明：**

* PUPDRx：引脚上拉/下拉配置位，取值范围为0b00、0b01、0b10、0b11，分别对应无上拉/下拉、上拉、下拉和保留。

**逻辑分析：**

// 设置 GPIOA 第0引脚为上拉
GPIOA->PUPDR &= ~(3 << (0 * 2)); // 清除PUPDR0和PUPDR1
GPIOA->PUPDR |= (1 << (0 * 2)); // 设置PUPDR0为1，选择上拉

### 2.2 GPIO端口的中断配置

#### 2.2.1 GPIO端口中断使能寄存器（GPIOx_IMR）

| 字段 | 描述 |
|---|---|
| IMR0 | 第0引脚中断使能 |
| IMR1 | 第1引脚中断使能 |
| ... | ... |
| IMR15 | 第15引脚中断使能 |

**参数说明：**

* IMRx：引脚中断使能配置位，取值范围为0b0和0b1，分别对应中断禁止和中断使能。

**逻辑分析：**

// 使能 GPIOA 第0引脚中断
GPIOA->IMR |= (1 << 0); // 设置IMR0为1，使能中断

#### 2.2.2 GPIO端口中断清除寄存器（GPIOx_ICR）

| 字段 | 描述 |
|---|---|
| ICR0 | 第0引脚中断清除 |
| ICR1 | 第1引脚中断清除 |
| ... | ... |
| ICR15 | 第15引脚中断清除 |

**参数说明：**

* ICRx：引脚中断清除位，写1清除对应引脚的中断标志位。

**逻辑分析：**

// 清除 GPIOA 第0引脚中断标志位
GPIOA->ICR |= (1 << 0); /