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STM32_GPIO系统外设学习

article 2026/3/14 9:07:56

按照STM32MCUWIKI、参考手册的外设介绍----->CubeF4的软件包中相关的Exmple代码----->CubeMX设置截图加深理解记忆

资料链接：嵌入式开发_硬软件的环境搭建

我的飞书文档-GPIO篇

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外设简介

GPIO代表[General Purpose Input/Output]通用输入/输出。它是集成电路上没有特定功能的引脚类型。虽然大多数引脚都有专用用途，例如向某个组件发送信号，但 GPIO 引脚的功能是可定制的，可以由软件控制。

引脚模式

通用 I/O（GPIO）端口的每个端口位可以通过软件单独配置为以下几种模式：

输入或输出[input or output]

模拟模式[analog]

复用功能[alternate function (AF)]

引脚特性

输入：无上拉，无下拉或上拉或下拉

输出：推挽式或开漏式，具有上拉或下拉功能

复用功能：具有上拉或下拉功能的推挽或开漏。

引脚输出速度

其主要是指STM32改变引脚状态，由高变为低或由低变为高时的上升沿和下降沿。

相关寄存器

功能介绍

I/O 端口控制寄存器

每个 GPIO 有 4 个 32 位存储器映射的控制寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、 GPIOx_OSPEEDR、GPIOx_PUPDR），可配置多达 16 个 I/O。 GPIOx_MODER 寄存器用于选择 I/O 方向（输入、输出、AF、模拟）。 GPIOx_OTYPER 和 GPIOx_OSPEEDR 寄存器分别用于选择输出类型（推挽或开漏）和速度 (无论采用哪种 I/O 方向，都会直接将 I/O 速度引脚连接到相应的 GPIOx_OSPEEDR 寄存器位）。无论采用哪种 I/O 方向， GPIOx_PUPDR 寄存器都用于选择上拉/下拉。

I/O 端口数据寄存器

每个 GPIO 都具有 2 个 16 位数据寄存器：输入和输出数据寄存器（GPIOx_IDR 和

GPIOx_ODR）。

GPIOx_ODR 用于存储待输出数据，可对其进行读/写访问。

通过 I/O 输入的数据存储到输入数据寄存器 (GPIOx_IDR) 中，它是一个只读寄存器。

I/O 数据位操作

置位复位寄存器 (GPIOx_BSRR) 是一个 32 位寄存器，它允许应用程序在输出数据寄存器

(GPIOx_ODR) 中对各个单独的数据位执行置位和复位操作。置位复位寄存器的大小是

GPIOx_ODR 的二倍。

GPIOx_ODR 中的每个数据位对应于 GPIOx_BSRR 中的两个控制位：BSRR(i) 和

BSRR(i+SIZE)。

当写入 1 时，BSRR(i) 位会置位对应的 ODR(i) 位。当写入 1 时，BSRR(i+SIZE) 位会清零 ODR(i) 对应的位。

GPIO 锁定机制

通过将特定的写序列应用到 GPIOx_LCKR 寄存器，可以冻结 GPIO 控制寄存器。冻结的寄存器包括 GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR、GPIOx_PUPDR、

GPIOx_AFRL 和 GPIOx_AFRH。

I/O 复用功能输入/输出

有两个寄存器可用来从每个 I/O 可用的 16 个复用功能输入/输出中进行选择。借助这些寄存器，可根据应用程序的要求将某个复用功能连接到其它某个引脚。

这意味着可使用 GPIOx_AFRL 和 GPIOx_AFRH 复用功能寄存器在每个 GPIO 上复用多个可

用的外设功能。这样一来，应用程序可为每个 I/O 选择任何一个可用功能。由于 AF 选择信号由复用功能输入和复用功能输出共用，所以只需为每个 I/O 的复用功能输入/输出选择一个通道即可。

外部中断线/唤醒线

所有端口都具有外部中断功能。要使用外部中断线，必须将端口配置为输入模式。具体参考Example

详细介绍

1. GPIOx_MODER（GPIO 端口模式寄存器）

2. GPIOx_OTYPER（GPIO 端口输出类型寄存器）

3. GPIOx_OSPEEDR（GPIO 端口输出速度寄存器）

4. GPIOx_PUPDR（GPIO 端口上拉/下拉寄存器）

5. GPIOx_IDR（GPIO 端口输入数据寄存器）

6. GPIOx_ODR（GPIO 端口输出数据寄存器）

7. GPIOx_BSRR（GPIO 端口置位/复位寄存器）

8. GPIOx_LCKR（GPIO 端口配置锁定寄存器）

9. GPIOx_AFRL（GPIO 复用功能低位寄存器）

10. GPIOx_AFRH（GPIO 复用功能高位寄存器）

HAL库相关驱动API

HAL_GPIO_ReadPin

C
/**
* @brief Reads the specified input port pin.
* @param GPIOx where x can be (A..K) to select the GPIO peripheral for STM32F429X device or
*                      x can be (A..I) to select the GPIO peripheral for STM32F40XX and STM32F427X devices.
* @param GPIO_Pin specifies the port bit to read.
*         This parameter can be GPIO_PIN_x where x can be (0..15).
* @retval The input port pin value.
*/
GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
GPIO_PinState bitstatus;

/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));

if((GPIOx->IDR & GPIO_Pin) != (uint32_t)GPIO_PIN_RESET)
{
    bitstatus = GPIO_PIN_SET;
}
else
{
    bitstatus = GPIO_PIN_RESET;
}
return bitstatus;
}

HAL_GPIO_WritePin

C
/**
* @brief Sets or clears the selected data port bit.
*
* @note   This function uses GPIOx_BSRR register to allow atomic read/modify
*         accesses. In this way, there is no risk of an IRQ occurring between
*         the read and the modify access.
*
* @param GPIOx where x can be (A..K) to select the GPIO peripheral for STM32F429X device or
*                      x can be (A..I) to select the GPIO peripheral for STM32F40XX and STM32F427X devices.
* @param GPIO_Pin specifies the port bit to be written.
*          This parameter can be one of GPIO_PIN_x where x can be (0..15).
* @param PinState specifies the value to be written to the selected bit.
*          This parameter can be one of the GPIO_PinState enum values:
*            @arg GPIO_PIN_RESET: to clear the port pin
*            @arg GPIO_PIN_SET: to set the port pin
* @retval None
*/
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
assert_param(IS_GPIO_PIN_ACTION(PinState));

if(PinState != GPIO_PIN_RESET)
{
    GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
}
else
{
    GPIOx->BSRR = (uint32_t)GPIO_Pin << 16U;
}
}

HAL_GPIO_TogglePin

C
/**
* @brief Toggles the specified GPIO pins.
* @param GPIOx Where x can be (A..K) to select the GPIO peripheral for STM32F429X device or
* x can be (A..I) to select the GPIO peripheral for STM32F40XX and STM32F427X devices.
* @param GPIO_Pin Specifies the pins to be toggled.
* @retval None
*/
void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
uint32_t odr;

/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));

/* get current Output Data Register value */
odr = GPIOx->ODR;

/* Set selected pins that were at low level, and reset ones that were high */
GPIOx->BSRR = ((odr & GPIO_Pin) << GPIO_NUMBER) | (~odr & GPIO_Pin);
}

CubeF4软件包Example示例：

1. GPIO_IOToggle

int main(void)
{ static GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;/* -2- Configure PG.6, PG.7, PG10 and PG.12 IOs in output push-pull mode todrive external LEDs */GPIO_InitStruct.Pin = (GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_12);GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FAST;HAL_GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStruct);/* -3- Toggle PG.6, PG.7, PG10 and PG.12 IOs in an infinite loop */ while (1){HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_6);/* Insert delay 100 ms */HAL_Delay(100);HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_7);/* Insert delay 100 ms */HAL_Delay(100);HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_10);/* Insert delay 100 ms */HAL_Delay(100);HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_12);/* Insert delay 100 ms */HAL_Delay(100);}
}

2.GPIO_EXTI

int main(void)
{  GPIO_InitTypeDef   GPIO_InitStructure;/* Enable GPIOA clock */__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();/* Configure PA0 pin as input floating */GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_0;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);/* Enable and set EXTI Line0 Interrupt to the lowest priority */HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 2, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
}/*** @brief EXTI line detection callbacks* @param GPIO_Pin: Specifies the pins connected EXTI line* @retval None*/
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{if(GPIO_Pin == KEY_BUTTON_PIN){/* Toggle LED2 */BSP_LED_Toggle(LED2);}
}

CubeMX相关设置

GPIO为输出模式的设置

GPIO为输入模式的设置

GPIO为EXTI模式的设置

此处的MODE其实是多个模式的组合，对于本文章而言，其实是MODE_INPUT

C
#define GPIO_MODE_IT_RISING (MODE_INPUT | EXTI_IT | TRIGGER_RISING)