STM32 基本GPIO控制

目录

GPIO基础知识

​编辑IO八种工作模式

固件库实现LED点灯

蜂鸣器

按键基础知识

​编辑继电器

震动传感器 

433M无线模块 

GPIO基础知识

GPIO(General-Purpose input/output,通用输入/输出接口)

用于感知外部信号（输入模式）和控制外部设备（输出模式）

 简单模块：LED,按键，蜂鸣器，温度传感器，使用一个GPIO就可以完成数据的传输/ 控制

复杂一点的模块OLED，FLASH,六轴传感器需要多个引脚组成“协议”传输数据， USART,IIC,SPI等协议  

 MCU单片机大都采用引脚复用模式也就是一个GPIO，可以直接控制它输出高低电平，也可以设置为某个协议的引脚之一。此外，一些MCU的引脚，还能设置为ADC模式读取模拟信号，或者设置为DAC模式输出模拟信号

系统架构

IO八种工作模式

 引脚电平：0V~3.3V(数据1就是高电平就是3.3V，数据0就是低电平就是0V)，部分引脚可忍受5V 

STM32 IO工作模式

输出模式有四种：推挽输出，开漏输出，复用开漏，复用推挽

输入模式有四种：上拉输入，下拉输入，浮空输入，模拟输入

输出模式：

1.推挽输出（Push-Pull,pp）

让输出控制变成了VDD/VSS输出，使得输出电流增大 提高了输出引脚的驱动能力，提高了电路的负载能力和开关的动作速度

数据寄存器为1时，下管断开，上管导通，输出直接接到VDD，输出高电平

数据寄存器为0时，上管断开，下管导通，输出直接接到VSS，输出低电平

 2.开漏输出(Open-Drain,OD)

推挽输出模式可以直接输出高电平，开漏输出需要外接上拉电阻才能输出高电平（5v）

数据寄存器为1时，下管断开，上管断开，高阻模式

数据寄存器为0时，上管断开，下管导通，输出直接接到VSS，输出低电平

这种模式下只有低电平有驱动能力，高电平是没有驱动能力的

可以作为通信协议的驱动方式，在多机通信的情况下，这个模式可以避免各个设备的相互干扰

 开漏输出的特性

        利用外部电路驱动能力

        实现电平转换

        方便实现“逻辑与” 功能

3.复用推挽/开漏输出（Alternate Funtion,AF）

GPIO除了作为通用输入输出引脚使用以外，还可以作为片上外设（USART,IIC,SPI） 专用引脚（和其他输出输入的区别），既可以利用片上外设输入也可以用来输出，即一个引脚可以有多种用途，但是同一时刻一个引脚只能使用复用功能中 的一个

当引脚设置为复用功能的时候，可选择推挽复用模式或者复用开漏模式，在设置为复用开 漏模式时，需要外接上拉电阻。

输入模式：

1.上拉输入(Input Pull-up)

如果接入上拉电阻，当引脚悬空时，还有上拉电阻来保证引脚的高电平   

VDD经过开关、上拉电阻，连接外部I/O引脚。当开关闭合时，外部I/O输入信号时，默认 输入高电平。  

2.下拉输入(Input Pull-down)

VSS经过开关，下拉电阻，连接外部I/O引脚，当开关闭合时，外部I/O无输入信号 时，默认输入低电平 

 3.浮空输入(Floating Input)

两个上下拉电阻开关均断开，没有上拉也没有下拉，I/O引脚直接连接TTL肖特基触发器（对输入电压进行整形，如果输入电压大于某一阈值，输出就会瞬间升为高电平，如果输入电压小于某一阈值，输出就会瞬间降为低电平 ）

此时，I/O引脚浮空，读取的电平是不确定的，外部信号是什么电平，MCU引脚就输 入什么电平

MCU复位上电后，默认为浮空输入模式  

4.模拟输入（Analoge mode）  

两个上下拉电阻开关均断开，同事TTL肖特基触发器也断开，引脚信号直接连接模拟输入，实现对外部信号的采集。  

 在输入模式下输出是无效的，在输出模式下输入都是有效的，因为一个端口只能有一个输出，但可以有多个输入

当使用外设配置GPIO时可以参考手册给配置

固件库实现LED点灯

1.LED灯

LED灯，是一种能够将电能转化为可见光的半导体器件

原理：当给P极施加正向电压时，空穴和自由电子在P-N结复合，辐射出光子而发 光。 

2.控制LED灯

                                      

LED灯的正极接到了3.3V，LED灯的负极接到了PA1，也就是GPIOA1引脚 只需要控制PA1为相对应的低电平，即可点亮对饮的LED灯，输出高电平则熄灭对应的LED 灯。  

（在这种电路连接中，当 LED 灯的正极接到 3.3V 电源时，它为 LED 提供了正向的电压偏置，使得 LED 具备了导通发光的条件之一。而 LED 的负极连接到 PA1（GPIOA1 引脚），GPIOA1 引脚可以通过软件编程来控制其输出电平。

当 PA1 引脚输出低电平时，此时 LED 灯的正负极之间形成了足够的电压差（3.3V - 低电平电压，通常低电平电压接近 0V），有电流从 3.3V 电源经过 LED 流向 PA1 引脚，从而使 LED 灯导通发光。

当 PA1 引脚输出高电平时，假设高电平为 3.3V，那么 LED 灯正负极之间的电压差为 0（或非常小），无法满足 LED 导通所需的电压条件，LED 灯中没有电流通过，所以 LED 灯熄灭。

这种通过控制 GPIO 引脚电平来控制 LED 灯亮灭的方式是一种常见的数字逻辑控制方法，方便且易于通过软件进行灵活的控制和管理，广泛应用于各种电子设备和电路设计中。）

软件设计流程

 初始化系统

        初始化GPIO外设时钟

        初始化LED引脚（对于单片机来说是输出）

（首先得定义这个变量才能用这个变量,用函数把它们装起来）

输出电平

首先在User中建立LED文件，LED：中新建led.h和led.c文件

从project中打开keil5，双击User将led.c添加进去，点击魔术棒led.h文件加进去，双击led.c文件输入#include "led.h"，因为我们要用库函数要包含库函数头文件#include "stm32f10x.h"

1.初始化LED灯的函数（先将函数写进led.h文件中）命名函数时用驼峰命名发

1.1初始化LED引脚GPIOA1，要用初始化的GPIO结构体，通过配置结构体我们可以初始化引脚

先在FWLIB中找到giop.c文件再找到giop.h库在里面找到GIOP结构体GPIO_InitTypeDef，在led.c中重新定义GIOP结构体,在重新配置引脚，因为LED灯连接到板子上PA1所以引脚配置的是pin_1,要想LED灯点亮需要输出低电平，所以配置的模式是推挽输出

再从giop.c文件再找到giop.h中找到GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);函数，这个函数的作用是初始化GIOP的结构体，把上面函数真正初始化到结构体里面去，第一个参数是GPIOA，第二个参数是&led_initstruct（右键参数，上面是跳转定义.c,下面是跳转声明.h）

1.2初始化时钟APB2下的GPIOA

FWLIB中找到rcc.c文件再找到rcc.h找到RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState)；函数，第一个参数是APB2下的哪一个外设，第二个参数是枚举类型两种状态，失能和使能

最后总代码要做main文件中运行,在main文件中写入#include "led.h"就包含了上面的所有函数

在main函数中首先输入初始化LED灯的函数，然后让LED灯输出低电平

 while(1)
    {
    GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);//这个函数是输出低电平
    //右键查看函数声明，第一个参数是GPIOA，第二个参数引脚1

    GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);//这个函数是输出高电平
     }

如何控制LED灯的闪烁？ （亮一秒关一秒：延时）

//软件延时主要是让CPU“空转”，通过计算不同指令周期的时间，参考CPU主频大小，大概算出延时时间，这种方法从表面看起来就不精确，但它是比较好实现；
void delay(uint16_t time)//延时1ms
{uint16_t i = 0;while(time --){i - 12000;while(i --);}}

蜂鸣器

1.蜂鸣器的种类

蜂鸣器是一种常用的电子发声元器件，采用直流电压供电。广泛应用于计算机，打印 机，报警器，电子玩具，汽车电子设备灯等产品中常见的蜂鸣器可分为有源蜂鸣器和 无源蜂鸣器。

 2.蜂鸣器的控制方式

有源蜂鸣器：内部有震荡源，只要通电即可自动发出固定频率的声音。（频率固定无 法控制音色）

无源蜂鸣器：内部无震荡源，需要外部脉冲信号驱动发声，声音频率可变。（可改变 频率来改变音色）

3.区分蜂鸣器

从外观上来看两种蜂鸣器形状相似，有源蜂鸣器底部有黑胶密封。

无源蜂鸣器底部可以看到电路板，两种蜂鸣器都标注有正负极。  

GPIO控制蜂鸣器 

VCC通过杜邦线接到板子3.3V,GND接到板子GND,I/O口接到普通单片机I/O口即可，当I/O口往蜂鸣器输出低电平时，蜂鸣器就会叫，如果输出高电平就会关掉

软件设计流程（和LED灯类似）

        初始化系统

                初始化GPIO外设时钟GPIOA

                初始化蜂鸣器的引脚A3

        输出电平控制蜂鸣器  

初始化和LED灯一样

 输出电平控制蜂鸣器  

按键基础知识

GPIO的特点： 具有内部上拉或下拉的功能 可以使用外部下拉或上拉

按键连接示意图:

没按下开关的时候PC13和PA0都是没有连接外部电平的（默认电平），当按键按下的时候会出入GND低电平，所有我们可以判断如果检测PA0是低电平说明按键按下则我们控制灯亮，如果PC13引脚检测到的电平是低电平，我们就可以判断这个按键按下，则就把灯关掉

按键控制LED灯

软件设计流程

        初始化系统

                初始化GPIO时钟

                初始化按键和LED引脚

        检测按键输入电平来控制LED灯

                SW2控制灯开（PA0）

                SW3控制灯关（PC13）

初始化系统

 检测按键输入电平来控制LED灯

继电器

1.继电器的工作原理
继电器是一个电控开关，工作原理基于电磁感应，继电器包括一个电磁线圈和一组触点。常用于控制高电流或高电压的电路，例如自动控制原理，电力系统和自动化设备中，由于可靠性和电气隔离的特性可以实现小电流实现大电流，继电器在各种应用中都有广泛的用途。

                                  

2.继电器的引脚说明
1.VCC(+):供电正极，连接此引脚到电源，以提供继电器所需的电流

2.GND(-): 地，连接此引脚到电源的负极或者地。

3.IN:控制输入信号，通常用于连接控制信号，当该信号变化，继电器切换状态。

(IN如果接了低电平，这个继电器是连接的状态（闭合）IN如果接了高电平，就是断开的状态)

IN不管是高电平还是低电平，控制的是NO端和NC端

4.COM(common):公共端，通常是中间的触点，与常开或常闭触点相连

5.NO(Normally Open):常开接口，继电器吸合前悬空，吸合后于COM连接

6.NC(Normally Closed):常闭接口，继电器吸合前与COM连接，吸合后悬空

(测试手中继电器是5v还是3.3v:首先用杜邦线连接VCC和GND另一端接到板子上的5V和GND此时红灯亮了，如果IN口接到低电平（3.3v高电平）绿灯会亮，说明继电器不是5V不是他的工作电压，再重新用杜邦线连接VCC和GND另一端接到板子上的3.3V和GND此时红灯亮了，如果IN口接到低电平绿灯会亮，再重新接到3.3v说明继电器是3.3V是他的工作电压，并且是低电平导通)

初始化系统

        初始化继电器IN引脚对应的GPIO外设时钟

        初始化继电器IN的引脚输出模式（IN获得低电平就打开，IN获得高电平就断开，所以IN连接单片机，单片机要输出引脚高或者低，所以是输出模式）

输出电平控制继电器开和关

 输出电平控制继电器开和关

震动传感器 

                               

1.震动传感器工作原理

震动传感器黑色震动检测传感器，工作时电源LED灯常量（说明这个模块左右两边都有LED灯，

左边是电源指示灯，另外的信号灯只有在震动的瞬间才会亮），震动信号检测LED灯发生震动的

时候会

保持亮的过程。正常工作模块DO口输出高电平,震动瞬间DO口输出低电平，用于各种震动触发作

用，防盗报警，智能小车，电子积木灯等。

中间有个旋钮是控制震动传感器的灵敏度

2.震动传感器硬件引脚接线

1.VCC:接到板子电源的5V或者3.3V。

2.GND:地，连接到板子电源的负极或者GND.

3.DO: 数字信号输出口，可以与单片机相连检测环境是否发生震动。（如果这个震动传感器震动了，它就会把这个信号通过DO口发生给单片机，对于单片机来说它是输入的，所以再编程是要以输入IO的状态）

3震动传感器软件开发流程

        初始化系统

                初始化震动传感器DO相连的单片机引脚时钟

                初始化震动传感器DO相连的单片机引脚输入配置

        检测震动控制LED灯

#include "stm32f10x.h"
#include "shake.h"void Shake_Init()
{GPIO_InitTypeDef GPIOInitstruct;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIOInitstruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIOInitstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
//上拉输入还是下拉输入都不影响，最终还是以输入电平为主
//配置上拉相当于 int a = 1,下拉相反GPIO_Init(GPIOA, &GPIOInitstruct);}

正常没有震动时输出高电平，有震动的时候输出低电平，如果DO口接受到低电平就控制板子上A1这个灯亮

#include "stm32f10x.h"
#include "main.h"
#include "led.h"
#include "bear.h"
#include "key.h"
#include "relay.h"
#include "shake.h"void delay(uint16_t time){uint16_t i = 0;while(time --){i = 12000;while(i--);}}int  main()
{Shake_Init();Led_Init();while(1){if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0)
//如果单片机引脚PA0接受到低电平(震动传感器震动)，就会控制A1灯亮一秒灭一秒{	GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);delay(1000);GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);delay(1000);}else
//如果没有接受到低电平，就会熄灭{GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);}}}

小项目：震动感应灯

 继电器的作用是，如果开的情况下就会把COM和NO端连接在一起，就相当于LED灯直接和单片机的VCC相连接的，这时灯就会亮，如果是关的情况下COM和NO就不会连接在一起，LED灯就是灭的状态

如果震动器震动则控制继电器开 ，继电器开就表示COM和NO连接在一起，LED就会亮

 

#include "relay.h"
#include "stm32f10x.h"void Relay_Init()
{GPIO_InitTypeDef GPIOInitstruct;//初始化引脚的位置取决于IN引脚的接线，这时我们接到板子上PA0引脚
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIOInitstruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIOInitstruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;GPIOInitstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_Init(GPIOA, &GPIOInitstruct);}	

#include "stm32f10x.h"
#include "shake.h"void Shake_Init()
{GPIO_InitTypeDef GPIOInitstruct;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIOInitstruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;GPIOInitstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;GPIO_Init(GPIOA, &GPIOInitstruct);}

#include "stm32f10x.h"
#include "main.h"
#include "led.h"
#include "bear.h"
#include "key.h"
#include "relay.h"
#include "shake.h"void delay(uint16_t time){uint16_t i = 0;while(time --){i = 12000;while(i--);}}int  main()
{Relay_Init();Shake_Init();GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
//这个函数的作用是让我们每次上电时继电器先关上while(1){if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1) == 0)//如果单片机从震动器得到低电平{
//则继电器亮一下，说明IN口得到低电平使继电器工作，COM和NO闭合使单片机上的低电平输出小灯，使小灯亮GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);delay(1000);GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);delay(1000);}else{GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);}	}}

433M无线模块

1.433M无线模块工作原理

数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度

在-25~+85度之间变化时，频飘仅为3ppm。

接收到信号，接收模块对应针脚输出高电平，有D0 D1 D2 D3，可能对遥控器的A/B/C/D。

                                          

 2.引脚接线

1.供电正极，连接此引脚到电源，以提供433M无线模块所需的电流

2.GND(-):地，连接此引脚到电源的负极或者地。

3.D0-D4:连接控制输入信号通常用于连接控制信号，当按键变换控制外设信号

3.433M控制灯软件开发流程

        初始化系

                初始化433M D0-D4引脚对应的GPIO外设时钟

                初始化433M D0-D4引脚配置

        433M按键控制外设

小项目:433M无线遥控灯 （一个按键控制灯开，一个按键控制灯关）

 正常按下A按键,D0会输出高电平发送给A0，B按键按下，D1会输出高电平发送给A2，我们要实现D0按下灯开，D1按下灯关，板子是输入模式

首先要初始化A0和A2两个引脚，同时我们要控制板子上的LED灯 还要初始化A1的引脚

#include "stm32f10x.h"
#include "shake.h"void Shake_Init()
{GPIO_InitTypeDef GPIOInitstruct;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIOInitstruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_2;
//这里同时初始化两个引脚GPIOInitstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
//板子是输入模式GPIO_Init(GPIOA, &GPIOInitstruct);}#include "led.h"
#include "stm32f10x.h"
void Led_Init()
{GPIO_InitTypeDef led_initstruct;led_initstruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;led_initstruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;led_initstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_Init(GPIOA, &led_initstruct);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
}

#include "stm32f10x.h"
#include "main.h"
#include "led.h"
#include "bear.h"
#include "key.h"
#include "relay.h"
#include "shake.h"int  main()
{Shake_Init();Led_Init();while(1){if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 1)//如果A0引脚检测到了高电平，说明按键A按下，无线模块接受到信号并输出给板子，要控制灯亮{GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);//就输出低电平让灯亮}else if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_2) == 1)//如果A2引脚检测到了高点哦，说明按键B按下，无线模块接受到信号并输出给板子，要控制灯灭{GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);//就输出高电平让灯灭}}}