一、基礎認識
GPIO全名為General Purpose Input Output，即通用輸入輸出。有時候簡稱為“IO口”。通用，說明它是常見的。輸入輸出，就是說既能當輸入口使用，又能當輸出口使用。埠，就是元器件上的一個引腳。
輸入模式和輸出模式是GPIO的基本特性，當然GPIO還有其它模式可選。
(一) IO耐壓問題
STM32是一款3.3V電壓的晶片，IO輸出是3.3V,但IO大部分都是可以容忍5V電壓輸入。一般在晶片手冊的“引腳定義”章節可以檢視到有FT標識表示該IO可以容忍5V電壓輸入。
二、在標準庫中GPIO的模式
（一）模式彙總
輸入模式：
l 浮空輸入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）：引腳電平是真實的外部聯結器件電壓，電平有不確定性
l 上拉輸入 (GPIO_Mode_IPU)：預設通過電阻上拉到VCC,不接外部器件時可以讀出高電平
l 下拉輸入 (GPIO_Mode_IPD)：預設通過電阻下拉到GND,不接外部器件時可以讀出低電平
l 模擬輸入 (GPIO_Mode_AIN)：將外部訊號直接傳輸到數模轉換通道上
輸出模式：
l 開漏輸出(GPIO_Mode_Out_OD)：只能輸出低電平，高電平由電阻上拉決定
l 開漏複用功能(GPIO_Mode_AF_OD)：用於外設功能使用
l 推輓式輸出(GPIO_Mode_Out_PP)：可以輸出強高和強低，通常使用該功能控制LED
l 推輓式複用功能(GPIO_Mode_AF_PP):用於外設功能使用
GPIO的基本結構：
TTL肖特基觸發器其實可以理解為用肖特基管構成的施密特觸發器，作用簡單說就是將相對緩慢變化的模擬訊號變成矩形（方波）訊號，便於後面讀取。這裡有一個閾值電壓的概念，比如從低到高達到多少才會導通，從高到底多少才會關閉。
(二) 浮空輸入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）
浮空就是邏輯器件與引腳即不接高電平，也不接低電平。由於邏輯器件的內部結構和外部引腳所接的器件決定電平狀態。一般實際運用時，引腳不建議懸空，易受干擾。通俗講就是浮空就是浮在空中，就相當於此埠在預設情況下什麼都不接，呈高阻態，這種設定在資料傳輸時用的比較多。浮空最大的特點就是電壓的不確定性，它可能是0V，頁可能是VCC，還可能是介於兩者之間的某個值（最有可能） 浮空一般用來做ADC輸入用，這樣可以減少上下拉電阻對結果的影響。
(三) 上拉輸入 (GPIO_Mode_IPU)
上拉就是把點位拉高，比如拉到Vcc。上拉就是將不確定的訊號通過一個電阻嵌位在高電平。電阻同時起到限流的作用。弱強只是上拉電阻的阻值不同，沒有什麼嚴格區分。
電阻通常為30-50KΩ
(四) 下拉輸入 (GPIO_Mode_IPD)
下拉就是把點位拉低，比如拉到GND。下拉就是將不確定的訊號通過一個電阻嵌位在低電平。電阻同時起到限流的作用。弱強只是下拉電阻的阻值不同，沒有什麼嚴格區分
(五) 模擬輸入 (GPIO_Mode_AIN)
模擬輸入是指傳統方式的輸入，數字輸入是輸入PCM數字訊號，即0,1的二進位制數字訊號，通過數模轉換，轉換成模擬訊號，經前級放大進入功率放大器，功率放大器還是模擬的
(六) 開漏輸出(GPIO_Mode_Out_OD)
IO輸出0接GND，IO輸出1，懸空，需要外接上拉電阻，才能實現輸出高電平。當輸出為1時，IO口的狀態由上拉電阻拉高電平，但由於是開漏輸出模式，這樣IO口也就可以由外部電路改變為低電平或不變。可以讀IO輸入電平變化，實現C51的IO雙向功能。
只能輸出強低電平。
(七) 開漏複用功能(GPIO_Mode_AF_OD)
用於外設使用
（八）推輓式輸出(GPIO_Mode_Out_PP)
IO輸出0-接GND， IO輸出1 -接VCC。這是使用最多的了。控制LED基本都是使用這種模式。
可以輸出強高低電平，連線外部數字器件
（九）推輓式複用功能(GPIO_Mode_AF_PP)
用於外設使用
三、配置輸入輸出IO
（一）輸入
(1). GPIO Pull-up/Pull-down：
IO上下拉配置
l No pull-up and no pull-down，浮空輸入，配置為不上拉和下拉
l Pull-up，上拉輸入
l Pull-down，下拉輸入
（二）輸出
(1). GPIO output level
l Low：IO初始化預設輸出低電平
l High：IO初始化預設輸出高電平
(2). GPIO mode
l Output Open Drain，開漏輸出，可以輸出低電平
l Output Push Pull，推輓輸出，可以輸出低電平和高電平
(3). GPIO Pull-up/Pull-down：
IO上下拉配置
l No pull-up and no pull-down，浮空輸入，配置為不上拉和下拉
l Pull-up，上拉輸入
l Pull-down，下拉輸入
(4). Maximum output speed
l Low，GPIO速度為低速，通常為2MHZ
l Medium，GPIO速度為中速，通常為10MHZ
l High，GPIO速度為高速，通常為50MHZ
四、 輸出程式設計
測試有GPIOA1和GPIOA2設定為輸出測試
（一）CubeMx設定
（二） 初始化函式
巨集定義
#define DONG_OUT_1_Pin GPIO_PIN_1 #define DONG_OUT_1_GPIO_Port GPIOA #define DONG_OUT_2_Pin GPIO_PIN_2 #define DONG_OUT_2_GPIO_Port GPIOA
初始化函式是自動生成的
void MX_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; /* GPIO Ports Clock Enable */ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();//使能GPIOA時鐘 /*Configure GPIO pin Output Level */ HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_RESET);//設定上電電平為低 /*Configure GPIO pins : PAPin PAPin */ GPIO_InitStruct.Pin = DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin;//兩個GPIO_PIN GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推輓輸出模式 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;//浮空，不上拉也不下拉 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;//低速 HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); }
（三）輸出相關函式
設定或清除選定的資料埠位
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
引數：
GPIOx :其中x可以(A..G取決於所使用的裝置)來選擇GPIO外設
GPIO_Pin :指定要寫入的埠位。此引數可以是GPIO_PIN_x之一，其中x可以是( 0..15 )。
PinState :指定要寫入選定位的值。此引數可以是GPIO_PinState列舉值之一:
l GPIO_PIN_RESET:清除埠Pin,低電平
l GPIO_PIN_SET:設定埠Pin，高電平
例子：
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_RESET);//兩個設定為低電平 HAL_Delay(1000);//1s HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin, GPIO_PIN_SET);//單獨設定為高電平 HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_SET);//單獨設定為高電平 HAL_Delay(1000);//1s
切換指定的GPIO pin
void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
引數：
GPIOx :其中x可以(A..G取決於所使用的裝置)來選擇GPIO外設
GPIO_Pin :指定要寫入的埠位。此引數可以是GPIO_PIN_x之一，其中x可以是(0..15 )。
例子：
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin);//兩個輸出電平取反 HAL_Delay(1000);//1s HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin);//單獨輸出電平取反 HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,DONG_OUT_2_Pin);//單獨輸出電平取反 HAL_Delay(1000);//1s
五、輸入程式設計（輪詢檢測）
（一）CubeMX設定
（二）初始化函式
巨集定義
#define DONG_IN_1_Pin GPIO_PIN_3 #define DONG_IN_1_GPIO_Port GPIOA
初始化部分
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};//初始化結構體
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();//GPIO時鐘開啟
GPIO_InitStruct.Pin = DONG_IN_1_Pin;//引腳
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;//輸入模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;//上拉
HAL_GPIO_Init(DONG_IN_1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
（三）輸入相關函式
讀取指定的輸入埠引腳
GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
引數：
GPIOx :其中x可以(A..G取決於所使用的裝置)來選擇GPIO外設
GPIO_Pin :指定要寫入的埠位。此引數可以是GPIO_PIN_x之一，其中x可以是(0..15 )
返回：
typedef enum { GPIO_PIN_RESET = 0u,//低電平 GPIO_PIN_SET//高電平 } GPIO_PinState;
例子：
GPIO_PinState res=HAL_GPIO_ReadPin(DONG_IN_1_GPIO_Port,DONG_IN_1_Pin);//讀取電平 if(res==GPIO_PIN_RESET){ HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_SET);//兩個設定為高電平 }else{ HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin|DONG_OUT_2_Pin, GPIO_PIN_RESET);//兩個設定為低電平 }
六、輸入程式設計（中斷檢測）
（一）CubeMX設定
GPIO mode:
l 上升沿觸發檢測的外部中斷模式（External Interrupt Mode with Rising edge trigger detection）
l 下降沿觸發檢測的外部中斷模式（External Interrupt Mode with Falling edge trigger detectiort）
l 上升/下降沿觸發檢測的外部中斷模式（External Interrupt Mode with Risinq/Falling edge trigger detection）
l 上升沿觸發檢測的外部事件模式（External Event Mode with Rising edge trigger detection）
l 下降沿觸發檢測的外部事件模式（External Event Mode with Falling edge trigger detection）
l 上升/下降沿觸發檢測的外部事件模式（External Event Mode with Rising/Falling edge trigger detectiont）
中斷和事件的區別：
l 中斷是當IO達到中斷條件後會向CPU產生中斷請求
l 事件是事先設定好的任務，當微控制器達到要求將通過硬體的方式處理事先設定好的任務，而不向CPU請求中斷，比如DMA、AD轉換等
（二）初始化函式
巨集定義
#define KEY1_Pin GPIO_PIN_3 #define KEY1_GPIO_Port GPIOA #define KEY1_EXTI_IRQn EXTI3_IRQn
初始化部分
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; /*Configure GPIO pin : PtPin */ GPIO_InitStruct.Pin = KEY1_Pin; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; HAL_GPIO_Init(KEY1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct); /* EXTI interrupt init*/ HAL_NVIC_SetPriority(EXTI3_IRQn, 0, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI3_IRQn);
（三）中斷輸入相關函式
中斷回撥函式
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin);
引數：
GPIO_Pin :指定連線EXTI線的引腳
例子：
//GPIO中斷回撥函式 void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){ //判斷進入中斷的GPIOs if(KEY1_Pin==GPIO_Pin){ HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, DONG_OUT_1_Pin);//單獨輸出電平取反 HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,DONG_OUT_2_Pin);//單獨輸出電平取反 } }
其它
關於按鍵防抖的問題：
l 軟體防抖可以檢測到電平延時一段時間再確認電平，延時時間一般為10-20ms
l 硬體防抖可以在按鍵上並聯一個電容，一般為0.1uf
參考：
https://blog.csdn.net/baidu_37366055/article/details/80060962