STM32单片机GPIO编程：掌握输入输出控制，解锁嵌入式交互

# 1. GPIO基础**

GPIO（通用输入/输出）是STM32单片机上的一种重要的外设，它允许微控制器与外部世界进行交互。GPIO引脚可以配置为输入、输出或模拟模式，这使得它们非常适合各种应用，例如LED控制、按键检测和模拟信号处理。

GPIO引脚通过一系列寄存器进行控制，这些寄存器允许配置引脚的模式、类型和中断行为。GPIO引脚的配置过程通常涉及以下步骤：

1. 启用GPIO时钟：在使用GPIO引脚之前，必须启用相应的GPIO时钟。这可以通过设置RCC（复位和时钟控制）外设中的相应位来实现。
2. 配置GPIO模式：GPIO引脚可以配置为输入、输出或模拟模式。引脚模式通过设置GPIO寄存器中的MODE位来配置。
3. 配置GPIO类型：GPIO引脚可以配置为推挽输出、开漏输出或模拟输入。引脚类型通过设置GPIO寄存器中的OTYPER位来配置。
4. 配置GPIO中断：GPIO引脚可以配置为在特定事件（例如上升沿、下降沿或电平变化）时触发中断。中断行为通过设置GPIO寄存器中的IER、ICR和ISR位来配置。

# 2. GPIO编程技巧

### 2.1 GPIO配置与初始化

#### 2.1.1 GPIO模式和类型

GPIO模式决定了引脚的输入输出特性，STM32单片机支持多种GPIO模式，包括：

- **输入模式 (GPIO_MODE_INPUT)**：引脚被配置为输入，可以接收外部信号。
- **输出模式 (GPIO_MODE_OUTPUT)**：引脚被配置为输出，可以输出高电平或低电平。
- **推挽输出模式 (GPIO_MODE_OUTPUT_PP)**：引脚被配置为推挽输出，可以驱动外部负载。
- **开漏输出模式 (GPIO_MODE_OUTPUT_OD)**：引脚被配置为开漏输出，需要外接上拉电阻才能输出高电平。
- **模拟输入模式 (GPIO_MODE_ANALOG)**：引脚被配置为模拟输入，可以连接模拟信号源。

GPIO类型决定了引脚的物理特性，STM32单片机支持多种GPIO类型，包括：

- **普通GPIO (GPIO_TypeDef)**：标准的GPIO引脚，具有基本的输入输出功能。
- **复用GPIO (AF_TypeDef)**：可以复用为其他功能的GPIO引脚，如定时器、串口等。
- **高速GPIO (HS_TypeDef)**：高速GPIO引脚，具有更高的驱动能力和更快的开关速度。

#### 2.1.2 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寄存器：

- **GPIOx_MODER (Mode Register)**：配置GPIO模式。
- **GPIOx_OTYPER (Output Type Register)**：配置GPIO输出类型。
- **GPIOx_OSPEEDR (Output Speed Register)**：配置GPIO输出速度。
- **GPIOx_PUPDR (Pull-up/Pull-down Register)**：配置GPIO上拉/下拉电阻。
- **GPIOx_IDR (Input Data Register)**：读取GPIO输入数据。
- **GPIOx_ODR (Output Data Register)**：设置GPIO输出数据。

### 2.2 GPIO输入输出控制

#### 2.2.1 GPIO读写操作

GPIO的读写操作可以通过寄存器操作来实现。

- **读取GPIO输入数据**：通过读取GPIOx_IDR寄存器，可以获取GPIO引脚的输入数据。
- **设置GPIO输出数据**：通过写入GPIOx_ODR寄存器，可以设置GPIO引脚的输出数据。

#### 2.2.2 GPIO中断处理

STM32单片机的GPIO支持中断功能，当GPIO引脚状态发生变化时，可以触发中断。

- **配置GPIO中断**：通过设置GPIOx_IMR寄存器，可以使能GPIO中断。
- **中断处理函数**：当GPIO中断触发时，会调用相应的中断处理函数。
- **中断优先级**：GPIO中断的优先级可以通过设置NVIC寄存器来配置。

# 3.1 LED控制

#### 3.1.1 LED连接与驱动

LED（发光二极管）是一种常见的电子元件，广泛用于指示灯、显示屏等应用中。在STM32单片机中，LED的连接和驱动非常简单。

**LED连接**

LED具有正极和负极之分，连接时需要区分。通常，LED的正极为较长的一端，负极为较短的一端。将LED的正极连接到STM32单片机的GPIO引脚，负极连接到地线（GN