學完大二上學期51微控制器課程的寒假，在家我就開始搗鼓stm32了，記得那時候接觸stm32感覺它很難，20多天下來就學習了rcc時鐘體系和gpio控制模組，開學後又開始忙一些有的沒的，stm32的學習也擱置了，以至於後來跟學校當時在念博的老師交流時，我是這樣描述我的stm32開發水平的：「我只會用gpio寫流水燈程式」，說來汗顏。
最近一陣子又回歸stm32學習之旅，對於gpio模組其實很不想寫文章，感覺在炒冷飯，不過，認真考慮後還是敲起了鍵盤，對於概念性的東西還是做一下筆記吧，程式設計方面的，挺簡單，相關資料很多，就不記錄了。
gpio是通用輸入/輸出埠的簡稱，是stm32可控制的引腳。gpio的引腳與外部硬體裝置連線，可實現與外部通訊、控制外部硬體或者採集外部硬體資料的功能。最簡單的helloworld級別的例子： 將gpio引腳接到led燈，通過控制引腳的輸出高、低電平試下開關控制led；將按鍵接到gpio引腳，通過讀取gpio引腳區分按鍵是按下還是鬆開。
接下來幹嘛？肯定是上那副經典的gpio內部結構圖了：
1.1 保護二極體
io引腳上下兩邊兩個二極體用於防止引腳外部過高/過低的電壓輸入，當引腳電壓高於vdd時，上方的二極體導通，當引腳電壓低於vss時，下方的二極體導通，防止不正常電壓引入晶元導致晶元燒毀。但是儘管如此，還是不能直接外接大功率器件，須加大功率及隔離電路驅動，防止燒壞晶元或者外接器件無法正常工作。
1.2 p-mos管和n-mos管
圖中紅色箭頭2方向為輸出模式的gpio，由p-mos管和n-mos管組成的單元電路使得gpio具有「推挽輸出」和「開漏輸出」的模式。這兩個mos管接管電路的輸入訊號是由gpio的輸出資料暫存器gpiox_odr提供的，也就是我們可以通過程式設計修改gpiox_odr暫存器的值從而影響該單元電路的輸出。
常用的還用置位/復位暫存器gpiox_bsrr和復位暫存器gpiox_brr，設定這兩個暫存器後也能影響gpiox_odr，進而影響單元電路輸出。
除此，還有復用功能輸出，意思是指stm32的其它片上外設對gpio引腳進行控制，此時該引腳作為外設功能的一部分。片上外設資料訊號作為雙mos管接管的輸入，進而輸出到gpio引腳中。例如usart串列埠通訊，要用到某個gpio 引腳作為通訊傳送引腳，就可以把該gpio 引腳配置成usart 串列埠復用功能，由串列埠外設控制該引腳，傳送資料。
1.3 ttl肖特基觸發器
圖中紅色箭頭1方向為輸入模式的gpio，gpio引腳經過內部上/下拉電阻配置成上/下拉、或者浮空輸入，然後連線到觸發器。訊號經過觸發器後，模擬訊號轉化為0和1的數碼訊號，然後儲存在輸入暫存器gpiox_idr中，通過讀取gpiox_idr暫存器就可以知道gpio的電平狀態。
同理，與復用功能輸出類似，這裡也有復用功能輸入，gpio引腳的輸入訊號會傳輸到stm32的其他片上外設，由外設去讀取該引腳狀態。例如使用usart串列埠通訊，用某個gpio引腳作為通訊的接收引腳。
另外，當gpio引腳作為adc採集電壓的輸入通道時，用其「模擬輸入」功能，此時訊號不再經過觸發器進行ttl電平轉換。adc外設要採集到的原始的模擬訊號。類似的，當gpio引腳用於dac模擬電壓輸出通道時，此時作為「模擬輸出」功能，dac訊號輸出不經過雙mos管。
gpio的硬體結構，決定了gpio可以配置成的工作模式有：
typedef enum
gpiomode_typedef;
gpio在輸入模式中，肖特基觸發器被開啟，輸出被禁止，通過gpiox_idr讀取i/o狀態。上拉/下拉輸入，其預設電平由上拉/下拉決定，浮空輸入的電平則是不確定的，完全由外部決定，一般按鍵就是採用浮空輸入；模擬輸入用於adc取樣。
2.2 輸出模式(推挽/開漏)
gpio在輸出模式中，肖特基觸發器同樣被開啟著的，即輸入可用，這樣通過輸入資料暫存器gpiox_idr可以讀取到io實際狀態。推挽模式時，雙mos以輪流方式工作，開漏模式下，只有n-mos管工作。輸出暫存器gpiox_odr可控制是輸出高低電平；輸出的速率可配，有2mhz/10mhz/50mhz。頻率越高，功耗越大，效率也越高。
2.3 復用功能
復用功能中，輸出輸入都使能，可工作與開漏或推挽模式，但是輸出訊號源於片上外設，輸出資料暫存器gpiox_odr無效，輸入暫存器gpiox_idr仍然有效，可通過它獲取io實際狀態，片上外設相關暫存器也是通過gpiox_idr獲取該資料訊號。
控制gpio埠工作模式暫存器是gpiox_crl和gpiox_crh，它們都是32位的暫存器，分別管控gpio的低8位io和高8位io。另外涉及到的暫存器還有：
gpiox_odr: 設定輸出資料
gpiox_idr：讀取輸入資料
gpiox_bsrr：置1/清零gpio的相應引腳
gpiox_brr：清零gpio的相應引腳
這些暫存器的設定參照stm32中文參考手冊即可，很簡單，不贅述。另外，要讓gpio正常工作，記得開啟gpio的時鐘。
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