單片機的IO引腳就像人的手腳一樣，單片機通過IO引腳與外界進行數據交換。可以輸出電壓信號來控制外部電路，也可以讀取外部的電壓信號。我們這一節主要講解如何控制單片機的IO引腳輸出高電平和低電平。

使用單片機的內部模塊，一般需要寫五部分代碼：

(1)庫的初始化(如果使用了HAL庫)

(2)系統時鐘配置代碼

(3)單片機引腳的配置

(4)外設的初始化配置

(5)外設功能實現代碼

關于單片機庫的由來，這個庫是什么東西呢？其實庫就是之前別人寫好的代碼，以函數的形式存在于文件中。比如，黃昏哥之前做過很多項目，其中數碼管用的比較多。那么，黃昏哥把驅動數碼管相關的代碼單獨寫在一個文件里。以后做項目用到數碼管，那就把那個文件復制過去。然后在使用時，直接調用相關的函數就可以了。

我們都知道單片機編程，需要和很多寄存器打交道。這些寄存器數量很多，黃昏哥很難都記住這些寄存器的用法。那怎么辦呢？查手冊啊，去看看每個寄存器是干嘛的。但是，黃昏哥每次都去查手冊太麻煩了。所以，黃昏哥想了下，把單片機內部模塊經常使用的功能提前用寄存器寫好。然后，把這些函數功能記住，以后使用就方便多了。那么，這里就出現了另一個問題。黃昏哥自己寫的函數，黃昏哥自己肯定知道這些函數是干嘛用的。但是，其他人就不一定知道了。所以，使用別人寫的函數，你首先要通過函數名來大概猜測一下函數的功能。然后就是去看函數前面的注釋，最后看函數的內部代碼。也就是說，你要熟悉函數，你才能更好的使用庫。

庫函數有很多很多，好多初學者都不知道使用哪一個庫函數，也沒法都把所有的庫函數看一遍。畢竟不現實，就算是黃昏哥，也沒那個耐心去把所有的庫函數看一遍。這里強調一遍，你用到單片機哪個功能，你就去看單片機的用戶手冊相對應的那個部分。

不管是用寄存器編程還是用庫編程你都要去用戶手冊，你懂了單片機你才能知道如何編程。為什么這樣說，那是因為，不管是庫還是寄存器，本質上就是配置表。我們知道庫函數的底層代碼就是寄存器編寫的。寄存器就是相當于電腦的配置表，單片機內部模塊是根據寄存器的內容來運行的。寄存器就像一個菜譜一樣，廚師根據菜譜來做菜。所以，黃昏哥想做酸菜魚，那黃昏哥要去看菜譜，然后才好做酸菜魚。那問題來了，菜譜是誰設計的？黃昏哥偷偷告訴你，是單片機廠家設計的。單片機廠家有一個菜譜，上面描述了，不同的菜需要配置哪些原材料，需要加什么調味品等等。單片機內部不同的模塊相當于不同的菜類，比如魚類，豬肉類，蔬菜類。同樣的菜類，不同的配料可以做不同的具體的菜。

那么，進入到今天的主題。單片機IO引腳控制這道菜這么做？黃昏哥想控制IO輸出低電平，這個時候LED燈就亮了。那么，這個程序怎么寫呢？

1.黃昏哥先把鍋洗好，做菜前的準備工作--庫和時鐘初始化，先讓單片機滿足正常運行的條件。

2.黃昏哥開始點火--IO引腳時鐘要打開。

3.開始放置各種調料，以及把魚準備好--IO配置成輸出模式，速度為低速，推挽模式。

4.把魚和調料下鍋--具體的功能實現，輸出低電平。

黃昏哥是怎么知道控制IO需要寫這4個步驟的呢？通過用戶手冊知道的唄，所以黃昏哥一直強調不管你用什么編程你都要看手冊。你只有熟悉了內部功能，你才能知道如何配置內部模塊。尤其是在功能函數編寫這塊，你不熟悉單片機內部功能，你也是無法編程的，你也用不好庫。在實際工作中，黃昏哥都是庫與寄存器混合編程的。在這里，黃昏哥建議初學者，在單片機的早期學習中最好用寄存器編程。當然了，這里我是指簡單的內部模塊。復雜的模塊還是用庫編程吧。

其實吧，庫一開始出現是為了節省時間，是給熟悉單片機的人使用的，并不是為了給初學者使用。不同的單片機它們的庫也是不一樣的，比如GD32,LKS32,PIC32,AVR這些單片機。那么，我們學單片機學的究竟是什么？肯定是學內部模塊的工作原理和使用方法啊，并不是學庫的使用。單片機內部模塊的原理基本上是一樣的，我們要達到學會一種單片機就能使用各種單片機的能力。不管什么單片機，我們都是根據那幾個步驟來編寫程序的。你是標準庫也好，是HAL庫也好，或者其他廠家自己的庫也好，哪怕是沒有庫，我們也能夠根據那幾個步驟用寄存器來寫程序。

下面我們來看看點燈程序怎么寫？

LED接的是單片機的PB15引腳，GPIO_PIN_RESET輸出低電平，GPIO_PIN_SET輸出高電平。我們主要看看MX_GPIO_Init();這個函數。

我建議大家使用庫函數時，要總結庫函數的一些使用規則。可以看看庫函數內部是怎么寫的，有時候為了提高效率，我們會自己重新改寫庫函數。就像HAL_GPIO_WritePin這個函數用起來很不方便。黃昏哥是直接操作寄存器來控制IO輸出電平的，我們先看看庫函數里關于IO相關寄存器的定義，看下圖。

這個ODR就是輸出寄存器，它的0-15位對應IO的0-15，ODR寄存器寫入0或1就可以控制IO輸出對應的電平。IDR是輸入寄存器，讀取這個寄存器就可以知道對應IO的電平。下面這幅圖也是在STM32F103xb.h里定義好了，用戶不需要自己定義。

學過C語言的都知道，結構體的成員在內存里都是按照順序連續依次排列的，而我們IO的寄存器也是連續依次排列的。因此我們可以把IO相關的寄存器封裝成結構體的形式，GPIOB_BASE就是B口相關寄存器的首地址，B口相關的寄存器就是從這個地址依次排列的，這里我們定義成結構體指針。比如，輸出寄存器，我們可以這樣訪問。GPIOB->ODR = 0x00;表示PB0到PB15全部輸出低電平。PB15輸出高電平可以這樣寫，GPIOB->ODR |= 1<15，輸出低電平可以這樣寫，GPIOB->ODR &= ~(1<15);有沒有發現，這樣寫，好像也挺麻煩的。那我們繼續簡化。

我們可以定義一個結合體類型GPIO_Bit_TypeDef，它的成員變量是位變量，這個結構體一共有16個位變量。再用這個結構體定義一個指針，這個指針指向輸出寄存器GPIOB->ODR。我們可以把這些定義寫在頭文件IO.h里，以后直接復制到項目里面就可以使用了。這個時候PB15輸出低電平，可以這樣寫:PORTB_OUT->bit15 = 0。C語言預處理器有一個連接符##可以把宏定義里的數字連接起來:

#define PBout(n) PORTB_OUT->bit##n

當我們在程序中寫PBout(15)時，預處理器會直接把PBout(15)用PORTB_OUT->bit15替換，因此，當我們PB15想輸出高電平時，可以直接寫成PBout(15)=1，如果要讓LED閃爍，那就寫成PBout(15) =! PBout(15)就行了。

庫函數都是別人寫的，有時候我們自己使用起來不爽的，就可以自己寫一個函數來實現。黃昏哥前面，提到過學單片機之前最好先學一下C語言最好，就是這個道理，不然，這一節你不一定看得懂。

我們這一節主要掌握的知識點是:C語言中如何定義一個位結構體，如何把一個寄存器地址定義成結構體指針。掌握IO如何配置成輸出模式，并實現IO輸出函數。下面一節，將討論如何采用寄存器的方式實現聲光報警程序以及LED流水燈程序。