首先介紹一下接口類型

接口就是芯片之間的連接方式。單片機通過GPIO與各種模塊相連接，傳輸數(shù)據(jù)、信號。接口類型可分為以下幾種：

1、普通GPIO接口

通常只有一個引腳，只負(fù)責(zé)輸出、輸入高低電平。

比如輸出高低電平控制LED、蜂鳴器；作為按鍵輸入引腳判斷按鍵是否被按下。

２、協(xié)議類GPIO接口

一條或多條數(shù)據(jù)線根據(jù)某種協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，引腳仍是輸出輸入高低電平，但是輸出輸入是根據(jù)協(xié)議決定的，比如IIC協(xié)議，只有在時鐘線低電平的時候，數(shù)據(jù)線才能進行高低電平轉(zhuǎn)換，時鐘線為高電平的時候，數(shù)據(jù)線必須保持電平不變（起始信號、結(jié)束信號除外）。

這種情況一般是用來傳輸比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)，比如與各種傳感器、LCD等連接。

常見的協(xié)議有IIC、SPI、CAN、FSMC等。

３、內(nèi)存接口

比如與Nor Flash、SDRAM、DDR、網(wǎng)卡DM9000等連接。

這類接口有地址總線、數(shù)據(jù)總線、讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)和片選信號。

４、模擬接口

之前三種接口GPIO的輸入輸出的都是高低電平，電平信號不是０就是1。

模擬接口GPIO輸入輸出是不確定的。簡單理解就是輸入輸出的是模擬信號，是可以連續(xù)變化的，能輸出0-Vmax之間的任意值。

2. GPIO簡介

GPIO,即通用I/O(輸入/輸出)端口，是STM32可控制的引腳。STM32芯片的GPIO引腳與外部設(shè)備連接起來，可實現(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。

STM32F407有7組IO。分別為GPIOA~GPIOG，每組IO有16個IO口，共有112個IO口通常稱為 PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx，其中x為0-15。并且F4系列是基于Cortex-M4內(nèi)核

GPIO的復(fù)用：

STM32F4 有很多的內(nèi)置外設(shè)，這些外設(shè)的外部引腳都是與 GPIO 共用的。也就是說，一個引腳可以有很多作用，但是默認(rèn)為IO口，如果想使用一個 GPIO內(nèi)置外設(shè)的功能引腳，就需要GPIO的復(fù)用，那么當(dāng)這個 GPIO 作為內(nèi)置外設(shè)使用的時候，就叫做復(fù)用。 比如說串口 就是GPIO復(fù)用為串口

3. GPIO的工作模式

1、4種輸入模式

（1）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空輸入
（2）GPIO_Mode_IPU 上拉輸入
（3）GPIO_Mode_IPD 下拉輸入
（4）GPIO_Mode_AIN 模擬輸入

2、4種輸出模式

（5）GPIO_Mode_Out_OD 開漏輸出（帶上拉或者下拉）
（6）GPIO_Mode_AF_OD 復(fù)用開漏輸出（帶上拉或者下拉）
（7）GPIO_Mode_Out_PP 推挽輸出（帶上拉或者下拉）
（8）GPIO_Mode_AF_PP 復(fù)用推挽輸出（帶上拉或者下拉）

3、4種最大輸出速度

（1）2MHZ (低速)
（2）25MHZ (中速)
（3）50MHZ (快速)
（4）100MHZ (高速)

關(guān)于他們的定義，都在 stm32f4xx_gpio.h 中，都為結(jié)構(gòu)體形式的定義

4.GPIO框圖剖析

我們所用到的每一個GPIO其內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是這樣，分別對應(yīng)著GPIO的八種模式 這里我們簡單的介紹下：

保護二極管：IO引腳上下兩邊兩個二極管用于防止引腳外部過高、過低的電壓輸入，當(dāng)引腳電壓高于VDD_FT時，上方的二極管導(dǎo)通，當(dāng)引腳電壓低于VSS時，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

上拉、下拉電阻：控制引腳默認(rèn)狀態(tài)的電壓，開啟上拉的時候引腳默認(rèn)電壓為高電平，開啟下拉的時候引腳默認(rèn)電壓為低電平

TTL施密特觸發(fā)器：基本原理是當(dāng)輸入電壓高于正向閾值電壓，輸出為高；當(dāng)輸入電壓低于負(fù)向閾值電壓，輸出為低；IO口信號經(jīng)過觸發(fā)器后，模擬信號轉(zhuǎn)化為0和1的數(shù)字信號 也就是高低電平 并且是TTL電平協(xié)議 這也是為什么STM32是TTL電平協(xié)議的原因

P-MOS管和N-MOS管：信號由P-MOS管和N-MOS管，依據(jù)兩個MOS管的工作方式，使得GPIO具有“推挽輸出”和“開漏輸出”的模式 P-MOS管高電平導(dǎo)通，低電平關(guān)閉，下方的N-MOS低電平導(dǎo)通，高電平關(guān)閉

注：VDD_FT 代表IO口，兼容3.3V和5V，如果沒有標(biāo)注“FT”，就代表著不兼容5V

在芯片數(shù)據(jù)手冊的引腳定義中，會看到有“I/O電平”一列 有FT即為支持5V

5.GPIO的八種工作模式剖析：

浮空輸入模式

浮空輸入模式下，I/O端口的電平信號直接進入輸入數(shù)據(jù)寄存器。MCU直接讀取I/O口電平，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（在無信號輸入）的情況下，讀取該端口的電平是不確定的。(接用電壓表測量其引腳電壓為1點幾伏，這是個不確定值) 以用來做KEY識別

上拉輸入模式

IO內(nèi)部接上拉電阻，此時如果IO口外部沒有信號輸入或者引腳懸空，IO口默認(rèn)為高電平如果I/O口輸入低電平，那么引腳就為低電平，MCU讀取到的就是低電平

STM32的內(nèi)部上拉是"弱上拉"，即通過此上拉輸出的電流是很弱的，如要求大電流還是需要外部上拉。

下拉輸入模式

IO內(nèi)部接下拉電阻，此時如果IO口外部沒有信號輸入或者引腳懸空，IO口默認(rèn)為低電平 如果I/O口輸入高電平，那么引腳就為高電平，MCU讀取到的就是高電平

模擬輸入模式

當(dāng)GPIO引腳用于ADC采集電壓的輸入通道時，用作"模擬輸入"功能，此時信號不經(jīng)過施密特觸發(fā)器，直接進入ADC模塊，并且輸入數(shù)據(jù)寄存器為空 ，CPU不能在輸入數(shù)據(jù)寄存器上讀到引腳狀態(tài)

當(dāng)GPIO用于模擬功能時，引腳的上、下拉電阻是不起作用的，這個時候即使配置了上拉或下拉模式，也不會影響到模擬信號的輸入輸出。

除了 ADC 和 DAC 要將 IO 配置為模擬通道之外其他外設(shè)功能一律 要配置為復(fù)用功能模式，

開漏輸出模式（帶上拉或者下拉）

（P-MOS管高電平導(dǎo)通，低電平關(guān)閉，下方的N-MOS低電平導(dǎo)通，高電平關(guān)閉）

在開漏輸出模式時，只有N-MOS管工作，如果我們控制輸出為0，低電平，則P-MOS管關(guān)閉，N-MOS管導(dǎo)通，使輸出低電平，I/O端口的電平就是低電平，若控制輸出為1時，高電平，則P-MOS管和N-MOS管都關(guān)閉，輸出指令就不會起到作用，此時I/O端口的電平就不會由輸出的高電平?jīng)Q定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉決定 如果沒有上拉或者下拉 IO口就處于懸空狀態(tài)

并且此時施密特觸發(fā)器是打開的，即輸入可用，通過輸入數(shù)據(jù)寄存器GPIOx_IDR可讀取I/O的實際狀態(tài)。，I/O口的電平不一定是輸出的電平

推挽輸出模式（帶上拉或者下拉）

（P-MOS管高電平導(dǎo)通，低電平關(guān)閉，下方的N-MOS低電平導(dǎo)通，高電平關(guān)閉）

在推挽輸出模式時，N-MOS管和P-MOS管都工作，如果我們控制輸出為0，低電平，則P-MOS管關(guān)閉，N-MOS管導(dǎo)通，使輸出低電平，I/O端口的電平就是低電平，若控制輸出為1 高電平，則P-MOS管導(dǎo)通N-MOS管關(guān)閉，使輸出高電平，I/O端口的電平就是高電平， 外部上拉和下拉的作用是控制在沒有輸出時IO口電平

此時施密特觸發(fā)器是打開的，即輸入可用，通過輸入數(shù)據(jù)寄存器GPIOx_IDR可讀取I/O的實際狀態(tài)。I/O口的電平一定是輸出的電平

復(fù)用開漏輸出（帶上拉或者下拉）

GPIO復(fù)用為其他外設(shè)，輸出數(shù)據(jù)寄存器GPIOx_ODR無效；輸出的高低電平的來源于其它外設(shè)，施密特觸發(fā)器打開，輸入可用，通過輸入數(shù)據(jù)寄存器可獲取I/O實際狀態(tài) 除了輸出信號的來源改變 其他與開漏輸出功能相同

復(fù)用推挽輸出（帶上拉或者下拉）

GPIO復(fù)用為其他外設(shè)(如 I2C)，輸出數(shù)據(jù)寄存器GPIOx_ODR無效；輸出的高低電平的來源于其它外設(shè)，施密特觸發(fā)器打開，輸入可用，通過輸入數(shù)據(jù)寄存器可獲取I/O實際狀態(tài) 除了輸出信號的來源改變 其他與開漏輸出功能相同

開漏輸出和推挽輸出的區(qū)別：

推挽輸出：

可以輸出強高低電平，連接數(shù)字器件

推挽結(jié)構(gòu)一般是指兩個三極管分別受兩互補信號的控制,總是在一個三極管導(dǎo)通的時候另一個截止.

開漏輸出：

可以輸出強低電平，高電平得靠外部電阻拉高。輸出端相當(dāng)于三極管的集電極. 需要外接上拉電阻，才能實現(xiàn)輸出高電平 合于做電流型的驅(qū)動，其吸收電流的能力相對強(一般20ma以內(nèi))；

在使用任何一種開漏模式時，都需要接上拉電阻，否則只能輸出低電平

補充介紹三極管NPN PNP

三極管也是只有在某些條件下才會導(dǎo)通。常用做開關(guān)電路。

三極管分為PNP和NPN兩種，但是原理是類似的。

對于三極管，只需記住通過基極b和發(fā)射機e的導(dǎo)通控制集電極c和發(fā)射機e的導(dǎo)通。

NPN：

根據(jù)圖中箭頭判斷電流流向。若基極電壓Vb大于發(fā)射極電壓Ve，則be之間導(dǎo)通，從而導(dǎo)致ce之間導(dǎo)通。那么V2就與低相連，V2=0。

通常Vb-Ve > 0.7v就認(rèn)為be之間導(dǎo)通，根據(jù)材質(zhì)這個電壓可能會變化。

Vcon = 1，be導(dǎo)通，ce導(dǎo)通，V2 =0為低電平。

Vcon = 0，be截止，ce截止，V2 = V為高電平。

可以看到，V2電壓與Vcon電壓相反，所以一個三極管可以做反向電路。

PNP：

PNP型三極管與NPN的類似。

根據(jù)圖中箭頭判斷電流流向。若發(fā)射極電壓Ve大于基極電壓Vb，則eb之間導(dǎo)通，從而導(dǎo)致ec之間導(dǎo)通。那么V2就與V相連，V2=V，為高電平。

Vcon = 1，eb截止，ec截止，V2 =0為低電平。

Vcon = 0，eb導(dǎo)通，ec導(dǎo)通，V2 = V為高電平。

常見基本電路知識

推挽輸出電路：其中IN端輸出高電平時下面的PNP三極管截止，而上面NPN三極管導(dǎo)通，輸出電平VS+；當(dāng)IN端輸出低電平時則恰恰相反，PNP三極管導(dǎo)通，輸出和地相連，為低電平

開漏輸出電路：IN端輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，使輸出接地，IN端輸出高電平時，三極管截止，所以引腳既不輸出高電平，也不輸出低電平，為高阻態(tài)。為正常使用時必須接上拉電阻，

在STM32中選用IO模式:

上拉輸入、下拉輸入可以用來檢測外部信號；例如，按鍵等；
模擬輸入——應(yīng)用ADC模擬輸入，或者低功耗下省電
開漏輸出一般應(yīng)用在I2C、SMBUS通訊等需要"線與"功能的總線電路中。
推挽輸出模式一般應(yīng)用在輸出電平為0和3.3伏而且需要高速切換開關(guān)狀態(tài)的場合。在STM32的應(yīng)用中，除了必須用開漏模式的場合，我們都習(xí)慣使用推挽輸出模式。
復(fù)用功能的推挽輸出_AF_PP ——片內(nèi)外設(shè)功能（I2C的SCL,SDA）
復(fù)用功能的開漏輸出_AF_OD——片內(nèi)外設(shè)功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）

F4系列與F1系列區(qū)別:

本質(zhì)上的區(qū)別是F4系列采用了Cortex-M4內(nèi)核而F1系列采用Cortex-M3內(nèi)核

F1系列(M3)IO口基本結(jié)構(gòu)：

F4系列(M4)IO口基本結(jié)構(gòu)：

F4系列設(shè)計的更加高級與人性化，他將外部上下拉電阻轉(zhuǎn)移到了輸出/輸入驅(qū)動器外部，使得輸出模式下也可以實現(xiàn)內(nèi)部上拉與下拉，方便了用戶的使用，增加了靈活性

GPIO的初始化(F4)

這里我們以初始化LED為例

1.定義一個 GPIO_InitTypeDef 類型的結(jié)構(gòu)體

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /*定義一個 GPIO_InitTypeDef 類型的結(jié)構(gòu)體*/

一共有5個參數(shù)

2開啟 LED 相關(guān)的 GPIO 外設(shè)時鐘（時鐘必要）

RCC_AHB1PeriphClockCmd ( RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE); /*開啟 AHB1時鐘*/

Q:為什么要設(shè)置時鐘？

任何外設(shè)都需要時鐘，51單片機，stm32，430等等，因為寄存器是由D觸發(fā)器組成的，往觸發(fā)器里面寫東西，前提條件是有時鐘輸入。stm32是低功耗，他將所有的門都默認(rèn)設(shè)置為disable(不使能)，在你需要用哪個門的時候，開哪個門就可以，也就是說用到什么外設(shè)，只要打開對應(yīng)外設(shè)的時鐘就可以， 其他的沒用到的可以還是disable(不使能)，這樣耗能就會減少。

Q:為什么 STM32 要有多個時鐘源呢？

因為首 先 STM32 本身非常復(fù)雜，外設(shè)非常的多，但是并不是所有外設(shè)都需要系統(tǒng)時鐘這么高的頻率， 比如看門狗以及 RTC 只需要幾十 k 的時鐘即可。同一個電路，時鐘越快功耗越大，同時抗電磁 干擾能力也會越弱，所以對于較為復(fù)雜的 MCU 一般都是采取多時鐘源的方法來解決這些問題。

而相對應(yīng)的外設(shè)功能所使用的時鐘 在stm32f4xx.h 中即可查看到

RCC_AHB1

RCC_APB1

3選擇要控制的 GPIO 引腳

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; /*選擇Pin9引腳*/

可選引腳為0-15 一組IO口有16個引腳

4設(shè)置所選引腳的模式

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; /*設(shè)定為輸出模式*/

引腳的模式共有四種，分別為輸入，輸出，復(fù)用，和模擬模式

5 設(shè)定所選引腳的輸出類型

GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; /*設(shè)置引腳的輸出類型為推挽輸出*/

輸出模式有兩種：推挽輸出和開漏輸出

只有輸出模式才需要配置，輸入模式下不需要配置

6 設(shè)定所選管腳的速度

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//設(shè)定速度為100MHz 高速模式

7 設(shè)定所選管腳的上拉與下拉

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; /*設(shè)置引腳為上拉模式*/

可設(shè)置為：上拉，下拉，與浮空

8初始化GPIO

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化所設(shè)置的引腳

GPIO_Init() 是官方配置的初始化函數(shù)第一個參數(shù)是GPIOX 第二個參數(shù)是結(jié)構(gòu)體所對應(yīng)GPIO各種參數(shù)的配置

GPIO的初始化(F1)

F4的初始化相較于F1系列有了很大的改變，在配置F1系列時，結(jié)構(gòu)體只有三個參數(shù)

GPIO_InitTypeDef 類型的結(jié)構(gòu)體

所選管腳的速度

所選管腳的8種模式

區(qū)別：

F1(M-3)系列管腳速度只有三種模式 并且管腳的模式配置八種模式全部都在一起定義，直接設(shè)置即可

總歸還是大同小異，不做過多介紹，看下下方配置即可

void led_init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; //定義初始化結(jié)構(gòu)體
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA時鐘

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //配置模式
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //配置哪個IO口
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //配置IO口速度,僅輸出有效
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct); //初始化GPIOA的參數(shù)為以上結(jié)構(gòu)體
}