第一節(jié) IO簡(jiǎn)介

GPIO是通用輸入/輸出端口的簡(jiǎn)稱，是STM32可控制的引腳。GPIO的引腳與外部硬件設(shè)備連接，可實(shí)現(xiàn)與外部通訊、控制外部硬件或者采集外部硬件數(shù)據(jù)的功能。每個(gè)GPIO內(nèi)部都有這樣的一個(gè)電路結(jié)構(gòu)：

這邊的電路圖稍微提一下：

保護(hù)二極管：IO引腳上下兩邊兩個(gè)二極管用于防止引腳外部過(guò)高、過(guò)低的電壓輸入。當(dāng)引腳電壓高于VDD時(shí)，上方的二極管導(dǎo)通；當(dāng)引腳電壓低于VSS時(shí)，下方的二極管導(dǎo)通，防止不正常電壓引入芯片導(dǎo)致芯片燒毀。但是盡管如此，還是不能直接外接大功率器件，須加大功率及隔離電路驅(qū)動(dòng)，防止燒壞芯片或者外接器件無(wú)法正常工作。

P-MOS管和N-MOS管：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(kāi)漏輸出”的模式。這里的電路會(huì)在下面很詳細(xì)地分析到。

Q-TTL肖特基觸發(fā)器：信號(hào)經(jīng)過(guò)觸發(fā)器后，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為0和1的數(shù)字信號(hào)。但是，當(dāng)GPIO引腳作為ADC采集電壓的輸入通道時(shí)，用其“模擬輸入”功能，此時(shí)信號(hào)不再經(jīng)過(guò)觸發(fā)器進(jìn)行TTL電平轉(zhuǎn)換。ADC外設(shè)要采集到的原始的模擬信號(hào)。

這里需要注意的是，在查看數(shù)據(jù)手冊(cè)中，會(huì)看到有“FT”一列，這代表著這個(gè)GPIO口時(shí)兼容3.3V和5V的；如果沒(méi)有標(biāo)注“FT”，就代表著不兼容5V。

GPIO支持4種輸入模式(浮空輸入、上拉輸入、下拉輸入、模擬輸入)和4種輸出模式(開(kāi)漏輸出、開(kāi)漏復(fù)用輸出、推挽輸出、推挽復(fù)用輸出)。同時(shí)，GPIO還支持三種最大翻轉(zhuǎn)速度。每個(gè)I/O口可以自由編程，但I(xiàn)/O口寄存器必須按32位字被訪問(wèn)。下面將具體介紹GPIO的這八種工作方式。

1，浮空輸入模式

浮空輸入模式下，I/O端口的電平信號(hào)直接進(jìn)入輸入數(shù)據(jù)寄存器。也就是說(shuō)，I/O的電平狀態(tài)是不確定的，完全由外部輸入決定；如果在該引腳懸空(在無(wú)信號(hào)輸入)的情況下，讀取該端口的電平是不確定的。

2，上拉輸入模式

上拉輸入模式下，I/O端口的電平信號(hào)直接進(jìn)入輸入數(shù)據(jù)寄存器。但是在I/O端口懸空(無(wú)信號(hào)輸入)的情況下，輸入端的電平可以保持在高電平；并且在I/O端口輸入為低電平的時(shí)候，輸入端的電平也還是低電平。

3，下拉輸入模式

下拉輸入模式下，I/O端口的電平信號(hào)直接進(jìn)入輸入數(shù)據(jù)寄存器。但是在I/O端口懸空(在無(wú)信號(hào)輸入)的情況下，輸入端的電平可以保持在低電平；并且在I/O端口輸入為高電平的時(shí)候，輸入端的電平也還是高電平。

4，模擬輸入模式

模擬輸入模式下，I/O端口的模擬信號(hào)(電壓信號(hào)，而非電平信號(hào))直接模擬輸入到片上外設(shè)模塊，比如ADC模塊等等。

5，開(kāi)漏輸出模式

開(kāi)漏輸出模式下，通過(guò)設(shè)置位設(shè)置/清除寄存器或者輸出數(shù)據(jù)寄存器的值，途經(jīng)N-MOS管，最終輸出到I/O端口。這里要注意N-MOS管，當(dāng)設(shè)置輸出的值為高電平的時(shí)候，N-MOS管處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)I/O端口的電平就不會(huì)由輸出的高低電平?jīng)Q定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉決定；當(dāng)設(shè)置輸出的值為低電平的時(shí)候，N-MOS管處于開(kāi)啟狀態(tài)，此時(shí)I/O端口的電平就是低電平。同時(shí)，I/O端口的電平也可以通過(guò)輸入電路進(jìn)行讀取；注意，I/O端口的電平不一定是輸出的電平。

6，開(kāi)漏復(fù)用輸出模式

開(kāi)漏復(fù)用輸出模式，與開(kāi)漏輸出模式很是類(lèi)似。只是輸出的高低電平的來(lái)源，不是讓CPU直接寫(xiě)輸出數(shù)據(jù)寄存器，取而代之利用片上外設(shè)模塊的復(fù)用功能輸出來(lái)決定的。

7，推挽輸出模式

推挽輸出模式下，通過(guò)設(shè)置位設(shè)置/清除寄存器或者輸出數(shù)據(jù)寄存器的值，途經(jīng)P-MOS管和N-MOS管，最終輸出到I/O端口。這里要注意P-MOS管和N-MOS管，當(dāng)設(shè)置輸出的值為高電平的時(shí)候，P-MOS管處于開(kāi)啟狀態(tài)，N-MOS管處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)I/O端口的電平就由P-MOS管決定：高電平；當(dāng)設(shè)置輸出的值為低電平的時(shí)候，P-MOS管處于關(guān)閉狀態(tài)，N-MOS管處于開(kāi)啟狀態(tài)，此時(shí)I/O端口的電平就由N-MOS管決定：低電平。同時(shí)，I/O端口的電平也可以通過(guò)輸入電路進(jìn)行讀取；注意，此時(shí)I/O端口的電平一定是輸出的電平。

8，推挽復(fù)用輸出模式

推挽復(fù)用輸出模式，與推挽輸出模式很是類(lèi)似。只是輸出的高低電平的來(lái)源，不是讓CPU直接寫(xiě)輸出數(shù)據(jù)寄存器，取而代之利用片上外設(shè)模塊的復(fù)用功能輸出來(lái)決定的。

第二節(jié) 硬件解讀

先看看原理圖：

開(kāi)發(fā)板上面一共有3顆可編程LED，控制的引腳分別是PB2，PB5和PB12，LED右側(cè)通過(guò)一共限流電阻上拉到3.3V，所有stm32給一個(gè)低電平就會(huì)點(diǎn)亮LED，反之則熄滅。

第三節(jié) CubeMX配置

第一步：雙擊打開(kāi)STM32CubeMX，如下圖，新建項(xiàng)目。【注意：新建項(xiàng)目本教程只介紹一次，以后項(xiàng)目的建立不在重復(fù)】

第二步：在英文狀態(tài)下搜索芯片：STM32WLE5CCU6【注意：盡可能靠近該芯片，不一定是STM32WLE5CCU6，不同STM32CubeMX版本，芯片的名字不一樣的】選后選擇對(duì)應(yīng)的芯片即可。

第三步：在1處查看芯片的視圖，選擇2處后可以看見(jiàn)芯片所有的功能，選擇3處的RCC時(shí)鐘，在4處配置外部高速時(shí)鐘，一切配置完了之后，會(huì)在5處看見(jiàn)GPIO變綠色。，如下圖。【注意：本教程晶振配置僅配置一遍，后續(xù)教程將不再重復(fù)】

第四步：在1處切換到時(shí)鐘樹(shù)頁(yè)面，在2處配置外部晶振大小，藍(lán)橋杯物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)板外接高速晶振為32MHZ，所以這里配置成32MZH，在3處配置HCLK時(shí)鐘為最大時(shí)鐘，最大時(shí)鐘為48MHZ。如下圖。【注意：本教程時(shí)鐘樹(shù)配置僅配置一遍，后續(xù)教程將不再重復(fù)】

第五步：配置下載器，在3處選擇DEBUG，在4處選擇JTAG模式，之后就可以看見(jiàn)5處和6處的GPIO變綠色了。【注意：本教程下載器配置僅配置一遍，后續(xù)教程將不再重復(fù)】

第六步：配置STM32的PB2引腳為GPIO_Output，如下圖:

第七步：以同樣配置STM32的PB5和PB12引腳為GPIO_Output，如下圖：

第八步：在1處可以看見(jiàn)選中GPIO的配置，在2處看見(jiàn)GPIO的輸入輸出的引腳，在3處選擇PB2，在4處配置GPIO的默認(rèn)高低電平，因?yàn)榈碗娖絃ED亮，我們默認(rèn)低電平，在5處配置為上拉，和硬件配置保持一致，在6處配置用戶標(biāo)簽，便于管理。如下圖：

其中：具體配置信息如下：

GPIO output leve：表示上電的默認(rèn)電平，可配置高(High)或者低(Low)；

GPIO mode：表示輸出模式，可為Output Push Pull(推挽輸出)或Output Open Drain(開(kāi)漏輸出)；

GPIO Pull-up/Pull-down：表示是否上下拉，可配置為上拉(Pull-up)或者下拉(Pull-down)或不上拉也不下拉(No Pull-up and no Pull-down)；

Maximum output speed：表示輸出速度，可配置為低速(Low)或者中速(Medium)或高速(High)或超高速(Very High)；

User Label:表示用戶標(biāo)簽，可修改IO口名稱，比如可寫(xiě)入LED，把IO口名稱變?yōu)長(zhǎng)ED；

第九步：和PB2一樣配置其他2個(gè)GPIO。

第十步：選擇項(xiàng)目信息，如下配置：2處是項(xiàng)目的名字；3處是項(xiàng)目的路徑；4處是編譯器；5處是編譯器版本。【注意：項(xiàng)目路徑不能包含中文等其他非法字符；編譯器一定要選擇MDK-ARM；編譯器版本要選擇最新的，本教程為v5.37。后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第十一步：如下圖，將3，4處的按鈕勾選，點(diǎn)擊5處，生成Keil工程。【注意：后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第十二步：點(diǎn)擊上步的5處之后，會(huì)有一個(gè)對(duì)話框，意思分別是：打開(kāi)項(xiàng)目文件夾位置；打開(kāi)項(xiàng)目；關(guān)閉本窗口。【注意：這里靈活處理，打開(kāi)文件夾和項(xiàng)目都可以。后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第四節(jié) MDK代碼

第一步，編譯代碼，檢查STM32CubeMX生成的代碼是否正常。如下圖，點(diǎn)擊1處編譯，之后在2處可以看見(jiàn)一個(gè)警告，是因?yàn)镸DK版本太新，高于CubeMX選擇的V5.37，導(dǎo)致編譯器不一樣，但是不影響程序運(yùn)行。【注意：后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第二步：配置下載器，這一步很多步驟，希望大家仔細(xì)一點(diǎn)，一步一步來(lái)。【注意：不要忘記點(diǎn)擊“OK”，后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第三步：新建.h文件。在“項(xiàng)目名/Core/Inc”中新建一個(gè)“zsdz.h”的文件。【注意：后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第四步：新建.c文件。在“項(xiàng)目名/Core/Src”中新建一個(gè)“zsdz.c”的文件。【注意：后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第五步：添加“zsdz.c”文件。點(diǎn)擊1處，可以看見(jiàn)項(xiàng)目的所有的文件，點(diǎn)擊2，3處，準(zhǔn)備添加“zsdz.c”文件，但是發(fā)現(xiàn)沒(méi)有“zsdz.c”文件，如下圖：需要返回到上一層文件目錄中，點(diǎn)擊4處。【注意：后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

如下圖：雖然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)“zsdz.c”文件，但是我們看見(jiàn)了Core文件夾，還記得我們的“zsdz.c”文件保存在哪嗎？在“項(xiàng)目名/Core/Src”中，所以我們進(jìn)入到“/Core/Src”，找到“zsdz.c”文件即可。【注意：后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第六步：如下圖，代表添加成功。【注意：后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第七步：如下，點(diǎn)擊1處，可以看見(jiàn)MDK中的“zsdz.c”文件。【注意：如果利用STM32CubeMX生成MDK項(xiàng)目，“zsdz.c”文件可能會(huì)從MDK項(xiàng)目中移除，請(qǐng)重新添加】

第八步：編寫(xiě)“zsdz.c”文件的代碼，如下：【注意：后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第九步：進(jìn)入到“zsdz.h”文件，右鍵，選擇“Go to Headerfile‘zsdz.h’”。【注意：后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第十步：編寫(xiě)“Zsdz.h”文件的代碼，如下：【注意：后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第十一步：在Main中添加“zsdz.h文件”，如下：【注意：只可以添加在“USER CODE BEGIN”和“USER CODE BEGINEND”之間，否則等下次利用STM32CubeMX生成MDK項(xiàng)目時(shí)，不在“USER CODE BEGIN”和“USER CODE END”之間的代碼會(huì)被覆蓋】

第十二步：編寫(xiě)LED的函數(shù)模板，具體如下：【注意：不要忘記聲明gpio.c文件。注意：后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第十三步：以上就是LED所有的封裝函數(shù)了，我們?cè)凇皕sdz.h”文件中聲明他們，如下圖：【注意：后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第十四步：現(xiàn)在隨便在main函數(shù)中寫(xiě)幾個(gè)，看看效果。

第十五步：編譯檢查代碼并下載。點(diǎn)擊1處編譯代碼，之后在2處可以看見(jiàn)0錯(cuò)誤0警告。代碼沒(méi)有問(wèn)題之后，點(diǎn)擊3處下載代碼，在4處看見(jiàn)Flash Load finished at xxxx，就證明代碼下載成功。【注意：后續(xù)教程將不在重復(fù)本步操作】

第五節(jié) 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

注意：

1，請(qǐng)用USB線連接電腦與開(kāi)發(fā)板。

2，請(qǐng)選擇A開(kāi)發(fā)板。

現(xiàn)象：AL2以400ms為間隔閃爍。

來(lái)源：撞上電子微信公眾號(hào)

版權(quán)：東莞市東城墨竹公子電子工作室

日期：2024.11.03

第六節(jié) 課后作業(yè)

請(qǐng)讓AL1長(zhǎng)亮，AL2以500ms為間隔閃爍，AL3以1000ms為間隔閃爍。