MCU的GPIO是它众多功能模块里面最基础的，也是每个电路设计里必用的功能，尤其是在小型的控制电路里，或者一个SOT-23-6封装的MCU，只提供若干个GPIO就已经能满足产品的需求了，因此GPIO口的应用是我们先深入探讨的第一课；我们先从基本的工作模式开始：

（1）输入模式：输入浮空、输入上拉、输入下拉、模拟输入这四种

上图为输入端口的内部逻辑图，当设置为输入浮空时，上、下拉电阻上的开关都是断开的，输入信号通过TTL 触发器进入到输入数据寄存器，并被MCU内核读取；这种情况下，如果MCU外围IO口上没有接线路，则这个管脚就是处于浮空状态的；端口的电平状态不确定，完全受外部输入所影响；这种应用在一些键盘矩阵输入应用里较为常见；但是这个浮空状态因为它的不确定性，在使用时要对你外围电路的电平状态有充分的了解。

上图设置为输入上拉，则是将IO端口上部的开关闭合，内置1个上拉电阻；这样在IO外部无任何输入信号时，IO的输入状态也是高电平，这就解决了IO状态不确定性的问题。但注意这个上拉电阻阻值是在40~100K的范围里，它的上拉驱动能力是有限的，在使用这个模式对接 类似I2C、1-wire 总线时，这个上拉电阻阻值是偏大的，还是需要在外部单独增加上拉电阻，才能确保信号的稳定性。    

上图设置为输入下拉，则是将IO端口下部的开关闭合，下拉状态将IO的初始状态确定为低电平，阻值跟上拉是一样的，在40~100K的范围里。    

上图设置为模拟输入，这种一般是内部还要接入到ADC的功能模块或COMP比较器、运放等模块，用于模拟量的输入检测，这也是用的比较多的设计，如采用NTC热敏电阻测温电路。

（2）输出模式：开漏输出及上/下拉可配、推挽式输出及上/下拉可配、推挽式复用功能及上下拉可配、开漏复用功能及上下拉可配 这四种模式。

如上图，开漏输出是指PMOS断开（不起作用）情况下，下方的N-MOS管可控制输出开、关；开漏输出的配置非常实用，可以解决MCU工作电平与外部电路电平不匹配的问题，比如MCU的IO口电平为3.3V，而外部被驱动电路为5V供电，也是可以通过开漏输出去驱动的，因为MCU内部的N-Mos管是可以承受5V的电平的；但要注意外部电路灌入N-MOS管的电流需要限制在芯片规格书要求的范围内，通常是15mA上下（具体要仔细看MCU的规格书，千万别超标了）。注意，这个模式里还可以配置上、下拉电阻，但是如果选择了上拉电阻，那它的工作电压就是MCU的VDD了，这点要注意；当你需要明确输出电平的状态为高电平时，可以配置为上拉；如果没有配置上拉，那开漏输出为1时，是得不到高电平的，实际上是IO口浮空状态，也就是这个浮空状态，才有利于我们外部加我们想要的上拉电平，从而实现电平的转换。

上图为推挽输出设置为高电平输出时的信号流，IO端口的上部分的PMOS管导通，下部的NMOS管断开；输出高电平驱动外部电路；推挽输出的驱动能力也是在15mA左右，特殊说明的端口除外；它们也是可以配置上下拉电阻的，但是对于推挽输出模式，上下拉电阻的作用并不实用，反而增加端口的功耗。

上图为推挽式复用功能，它是由片上外设功能模块进行驱动的输出，其他的功能跟普通推挽的原理是一样的；主要是它复用到哪个内部模块里去，比如UART串口、SPI串口等等；他们也都是可以设置上、下拉电阻的；在UART总线上还是有作用的。

上图为开漏式复用功能，它也是由片上外设模块所驱动，其他部分则跟普通的开漏输出原理一致，也都可以设置上下拉电阻；比如内部连到I2C功能模块，那配置了上拉电阻后，就是可以在端口总线上级联多个I2C的设备进行通信了。

前面详细说明了GPIO口的工作原理，但都还没有真正进入今天的正题，他们跟低功耗设计有什么关系？其实不然，我们只有深度了解了GPIO口的工作原理才能合理规范的使用它。接下来我们将开发实践中积累的低功耗设计的经验分享给大家：

（1）注意MCU的选型，这个非常重要的，同一个品牌的芯片里也有普通功耗和低功耗的芯片（价格会贵一点点，但是对于整体设计来说，还是值得的）

（2）MCU内部的功能模块，没有用到的，全部关闭；当你只用到一个简单的输出控制，那内部的什么ADC、UART、I2C等等都是不用的，这些在功能模块使能时都可以关闭。

（3）合理设置IO的输入、输出模式；合理设置上拉下拉电阻。这个就是上面花那么大篇幅介绍工作原理的目的。当外部电路初始状态为高，那如果时输入IO口，则不需要再设置上拉；如果是输出属性，则需要把输出设置为高，这样在端口上就不会出现损耗。注意没有使用的端口也是进行初始化配置，让这些端口处于最省电状态。

（4）合理使用GPIO口的休眠、唤醒功能；现在先进一点的arm内核的MCU，都已经具备端口休眠功能，可通过电平或边沿状态变化进行唤醒，这样可以节约MCU运行功耗。

（5）在设计程序时，使用合适的工作主频，决定MCU的功耗水平，并不是主频越高越好，能满足设计的需要即可；另外在设计GPIO口的输入功能时，能使用中断触发的，就不要采用定期查询的方式，定期查询的方式对于MCU的功耗来说肯定是大于中断触发式的。

（6）我们一般在应用GPIO口时，都是用来驱动一些外围电路，最简单的就是LED状态灯，千万别小看这个LED灯的设计，或者一个最基本的设计也会让你多付出 1~2mA的功耗，对于一个超低功耗的设计来说，也是不能忍受的。因此不要忽略每个细节外围电路，在选型LED灯器件时，选择高转换效率的高亮灯，只需要0.5mA就能让它的亮度满足指示所需，而且如果能设计成间歇式指示(如呼吸灯），就不要设计成常亮式指示；这些都是节能的细节设计。

（7）外部功能模块如果不是需要持续工作的电路，都可以采用带控制端的方式，需要时将其打开，不需要时，关闭它的电源。下面举个最常见的一个NTC热敏电阻采样电路的设计：

上图为普通的设计电路，能实现功能，但是这个分压电路在时时刻刻损耗着功率；我们优化成如下：

上图利用一个GPO口，设置为开漏输出，初始化为开漏输出高，无上下拉，这时候电路是不起作用的，也不会有功率损耗；当需要进行温度采集时，可以将GPO设置为输出低，这时候，电路起作用了，可以通过GPI去检测ADC的电压；实现对温度的检测，这个电路里省略了中间的一些防护和滤波电路，只是想给大家说明一个节约功耗的机理，希望大家是实际设计电路时能综合全面的考虑问题。

其实低功耗设计，它涉及到MCU及外围电路的全面配合，肯定不只是GPIO这个功能模块所能覆盖的，但是所有的设计理念应该都是贯穿在我们每个设计环节里面的，因此，从小做起，让我们的产品指标更加的优秀，这就是我们开发人员的追求，欢迎各位小伙伴们留下你们宝贵的经验，可以私信交流。

GPIO特性

• 最大封装（64pin）具有55个多功能双向的I/O口

• 所有I/O口都可以映射到16个外部中断

• 几乎所有I/O口可容忍5V输入信号

• 所有I/O口均为快速I/O，寄存器存取速度最高f_AHB

• I/O引脚的外设功能可以通过一个特定的操作锁定，以避免意外的写入I/O寄存器

• 每个GPIO引脚都可以由软件配置成输出(推挽或开漏)、输入(带或不带上拉或下拉)或复用的外设功能端口

• 可选的每个I/O口的电流推动/吸入能力

• GPIO设置/清除寄存器（GPIOx_SCR）和GPIO清除寄存器（GPIOx_CLR）为GPIOx_ODT寄存器提供位访问能力
  

GPIO

GPIO在复位期间和刚复位后，复用功能未开启，大部分I/O端口被配置成浮空输入模式。当作为输出配置时，写到输出数据寄存器（GPIOx_ODT）上的值会输出到相应的I/O引脚。可以以推挽模式或开漏模式（仅低电平被驱动，高电平表现为高阻）使用输出驱动器。输入数据寄存器（GPIOx_IDT）在每个AHB时钟周期捕捉I/O引脚上的数据。所有GPIO引脚有一个内部弱上拉和弱下拉，它们被激活或断开有赖于GPIOx_PULL寄存器的值。

图1. GPIO基本结构

表1. GPIO配置表

GPIO toggle

AT32F425提供的I/O口均为快速I/O，寄存器存取速度最高为fAHB，所以可以看到GPIO翻转频率能够轻松达到48MHz：

图2. I/O翻转速度

IO引脚的5V or 3.3V容忍

一、标准3.3V容忍引脚（TC）

所有振荡器用到的引脚都是标准3.3V容忍引脚。

• PA9–PA12(TSSOP20封装的PA9/10引脚不具FT 5V电平容忍特性)

• PC14/PC15(LEXT_IN/OUT)

• PF0/PF1(HEXT_IN/OUT)

表2. TC引脚示例

二、带模拟功能5V容忍引脚（FTa）

ADC占用端口为带模拟功能5V容忍引脚。

• PA0–PA7

• PB0–PB2

• PC0–PC5

• FTa引脚设置为输入浮空、输入上拉、或输入下拉时，具有5V电平容忍特性；设置为模拟模式时，不具5V电平容忍特性，此时输入电平必须小于VDD+0.3V

表3. FTa引脚示例

三、带20mA吸入能力5V容忍引脚（FTf）

部分I2C占用端口为带20mA吸入能力的5V容忍引脚，用以支持I2C的增强快速模式。

• PB8–PB9

• PB13–PB14

表4. FTf引脚示例

四、5V容忍引脚（FT）

其余的GPIO都为5V容忍引脚。

表5. FT引脚示例

IOMUX

I/O复用功能输入/输出

• 大多数外设共享同一个GPIO引脚（比如PA0，可作为TMR1_EXT/USART2_CTS/I2C2_SCL/USART4_TX..）

• 而对某个具体的GPIO引脚，在任意时刻只有一个外设能够与之相连

• 某些外设功能还可以重映射到其他引脚，从而使得能同时使用的外设数量更多

选择每个端口线的有效复用功能之一是由两个寄存器来决定的，分别是GPIOx_MUXL和GPIOx_MUXH复用功能寄存器。可根据应用的需求用这两寄存器连接复用功能模块到其他引脚。

表6. 通过GPIOA_MUX寄存器配置端口A的复用功能

表7. 通过GPIOB_MUX寄存器配置端口B的复用功能

表8. 通过GPIOC_MUX寄存器配置端口B的复用功能

表9. 通过GPIOD_MUX寄存器配置端口D的复用功能

表10. 通过GPIOF_MUX寄存器配置端口F的复用功能

特殊I/O

一、调试复用引脚

• 在复位时，和复位后不像其他GPIO一样处于浮空输入状态，而是处于复用模式

• PA13：SWDIO，复用上拉

• PA14：SWCLK，复用下拉

二、振荡器复用引脚

• 振荡器关闭的状态下（复位后的默认状态），相关引脚可用作GPIO

• 振荡器使能状态下，相应引脚的GPIO配置无效

• 振荡器处于bypass模式（使用外部时钟源）时，LEXT_IN/HEXT_IN为振荡器时钟输入引脚，LEXT_OUT/HEXT_OUT可做GPIO使用

三、电池供电域下的引脚

• 电池供电域下的引脚包括PC13、PC14以及PC15，电池供电域由VDD供电。

• PC13可以作为通用I/O口、TAMPER引脚、ERTC校准时钟、ERTC闹钟或秒输出，PC14和PC15可以用于GPIO或LEXT引脚。（PC13至PC15作为I/O口的速度必须限制在2MHz以下，最大负载为30pF，而且这些I/O口绝对不能当作电流源）。
  

GPIO固件驱动程序API

Artery提供的固件驱动程序包含了一系列固件函数来管理GPIO的下列功能：

• 初始化配置

• 读取输入端口或某个输入引脚

• 读取输出端口或某个输出引脚

• 设置或清除某个引脚的输出

• 锁定引脚

• 引脚的复用功能配置

注：所有project都是基于keil5而建立，若用户需要在其他编译环境上使用，请参考AT32xxx_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_xxx\templates中各种编译环境（例如IAR6/7,keil4/5）进行简单修改即可。

输出模式

GPIO提供了两种不同类型的输出模式分别是，推挽输出以及开漏输出，下面是输出模式的配置示例：

输入模式

GPIO提供了三种不同类型的输入模式分别是，浮空输入、上拉输入以及下拉输入，下面是输入模式的配置示例：

模拟模式

当需要使用ADC通道作为输入时，需要将相应的引脚配置为模拟模式，下面是模拟模式的配置示例：

复用模式

1. 不论使用何种外设模式，都必须将I/O配置为复用功能，之后系统才能正确使用I/O（输入或输出）。

2. I/O引脚通过复用器连接到相应的外设，该复用器一次只允许一个外设的复用功能(MUX)连接到I/O引脚。这样便可确保共用同一个I/O引脚的外设之间不会发生冲突。每个I/O引脚都有一个复用器，该复用器具有16路复用功能输入/输出（MUX0到MUX15），可通过gpio_pin_mux_config()函数对这些引脚进行配置：

• 复位后，所有I/O都会连接到系统的复用功能0(MUX0)

• 通过配置MUX1到MUX7可以映射外设的复用功能

3. 除了这种灵活的I/O复用架构之外，各外设还具有映射到不同I/O引脚的复用功能，这可以针对不同器件封装优化外设I/O功能的数量；例如，可将USART2_TX引脚映射到PA2或PA14引脚上。

4. 配置过程：

• 使用gpio_pin_mux_config()函数将引脚连接到所需的外设复用功能(MUX)，例如配置PA0作为TMR1_EXT输入gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE0,GPIO_MUX_4);

• 使用GPIO_Init()函数配置I/O引脚：

- 通过以下方式配置复用功能模式下的所需引脚

gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_MUX;

- 通过以下成员选择类型、上拉/下拉和驱动力

gpio_out_type、gpio_pull和gpio_drive_strength成员

根据上述配置过程，下面将介绍几种外设的常用配置示例。

一、USART I/O复用模式配置

二、TMR I/O复用模式配置

三、I2C I/O复用模式配置

GPIO(General-purpose input/output)是通用输入输出端口的简称，CKS32F4xx系列产品通过GPIO引脚与外部设备连接起来，从而实现与外部通讯、控制以及数据采集的功能。最基本的输出功能是由CKS32F4xx系列产品控制引脚输出高、低电平，实现开关控制，如把GPIO引脚接入到LED灯，那就可以控制LED灯的亮灭，引脚接入到继电器或三极管，那就可以通过继电器或三极管控制外部大功率电路的通断。最基本的输入功能是检测外部输入电平，如把 GPIO引脚连接到按键，通过电平高低区分按键是否被按下。

GPIO硬件结构框图

该图从最右端看起，最右端标注着“I/O”的就是代表CKS32F4xx系列产品引出的GPIO引脚，其余部件都位于芯片内部。引脚处的两个保护二级管可以防止引脚外部过高或过低的电压输入，当引脚电压高于VDD_FT时，上方的二极管导通，当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，由此可以防止不正常电压引入芯片导致芯片的烧毁。这里要特别注意VDD_FT 代表IO口兼容3.3V和5V，如果没有标注“FT”，就代表着不兼容5V。在芯片数据手册的引脚定义中，会看到有“电平I/O”一列，有FT标注的即为支持5V,如下图所示：

标号1处是上拉、下拉电阻，从它的结构我们可以看出，通过上、下拉对应的开关配置，我们可以控制引脚默认状态下的电压，开启上拉的时候引脚电压为高电平，开启下拉的时候引脚电压为低电平。同时也可以设置“既不上拉也不下拉模式”，我们也把这种状态称为浮空模式。

标号2处是一个由P-MOS和N-MOS管组成的单元电路。这个结构使GPIO具有了“推挽输出”和“开漏输出”两种模式。上方的P-MOS管高电平导通，低电平关闭，下方的N-MOS低电平导通，高电平关闭。

标号3处是输出数据寄存器，它为标号2处的双MOS管结构电路提供输入控制信号，因此通过修改输出数据寄存器的值就可以修改GPIO引脚的输出电平。而图中“置位/复位寄存器 GPIOx_BSRR”可以通过修改输出数据寄存器的值从而影响电路的输出。

标号4处是复用功能输出，“复用”是指CKS32F4xx系列产品的其它片上外设可以对GPIO引脚进行控制，此时GPIO引脚用作该外设功能的一部分，算是第二用途。例如我们使用USART串口通讯时，需要用到某个GPIO引脚作为通讯发送引脚，这个时候就可以把该GPIO引脚配置成USART串口复用功能，由串口外设控制该引脚，发送数据。

标号5处是输入数据寄存器，它连接到图中的TTL施密特触发器，触发器的基本原理是当输入电压高于正向阈值电压时，输出为高；当输入电压低于负向阈值电压时，输出为低；IO口信号经过触发器后，模拟信号转化为0和1的数字信号，也就是高低电平,并且是TTL电平协议, 然后存储在“输入数据寄存器。因此，通过读取该寄存器就可以了解GPIO引脚的电平状态。

标号6处是复用功能输入，与“复用功能输出”模式类似，同样，如果我们使用USART串口通讯时，需要用到某个GPIO引脚作为通讯接收引脚，这个时候就可以把该GPIO引脚配置成USART串口复用功能，使USART可以通过该通讯引脚接收远端数据。

标号7处是模拟输入输出，当 GPIO引脚用于ADC采集电压的输入通道时，用作“模拟输入”功能，此时信号是不经过施密特触发器的，因为经过施密特触发器后信号只有0、1 两种状态，所以ADC外设要采集到原始的模拟信号，信号源输入必须在施密特触发器之前。同样的，当 GPIO引脚用于DAC作为模拟电压输出通道时，此时作为“模拟输出”功能，DAC 的模拟信号输出就不经过双MOS管结构了，在GPIO结构框图的右下角处，模拟信号直接输出到引脚。

GPIO的工作模式

- 4种输入模式 -

1.浮空输入

浮空输入状态下，IO的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定。如果在该引脚悬空的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

2.上拉输入

在该模式下，如果IO口外部没有信号输入或者引脚悬空，IO口默认为高电平。如果I/O口输入低电平，那么引脚就为低电平，MCU读取到的就是低电平。

3.下拉输入

在该模式下如果IO口外部没有信号输入或者引脚悬空，IO口默认为低电平，如果I/O口输入高电平，那么引脚就为高电平，MCU读取到的就是高电平。

4.模拟功能

当GPIO用于模拟功能时，引脚的上、下拉电阻是不起作用的，这个时候即使配置了上拉或下拉模式，也不会影响到模拟信号的输入输出。除了ADC和DAC要将IO配置为模拟功能模式之外，其他外设功能一律要配置为复用功能模式。

- 4种输出模式 -

1.开漏输出(带上拉或者下拉)

在该模式下，若MCU控制输出为高电平1时，输出指令是不会起到作用的。此时I/O端口的电平就不会由输出的高电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定，如果没有上拉或者下拉，IO口就处于高阻态。虽然通过软件设置内部上拉，也可以输出高电平，但是CKS32F4xx系列产品内部上拉是"弱上拉"，即通过此上拉输出的电流是很弱的,驱动能力很弱。但是在该模式下，当MCU控制输出为低电平0时，即使没有上拉或者下拉，I/O端口也会输出低电平。另一方面，在开漏模式下，施密特触发器是打开的，即输入可用，可以通过输入数据寄存器GPIOx_IDR读取I/O的实际状态。开漏输出主要有以下两点作用：

a. I/O端口设置成开漏输出模式时，可以用来连接不同电平的器件，用来匹配电平，因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时，只能输出低电平，如果需要同时具备输出高电平的功能，则需要接上拉电阻。因此我们通过改变上拉电源的电压，便可以改变传输电平。比如通过加上上拉电阻就可以提供TTL电平-CMOS电平的输出。

b.当多个设置为开漏输出的引脚连接到一条总线上时。通过外加一个上拉电阻，在不增加任何器件的情况下，这些引脚形成了“与逻辑”关系，即“线与”。如果有一个引脚输出为逻辑0，相当于接地，那么与之并联的回路“相当于被一根导线短路”，所以总线上的逻辑电平便为0。只有都为高电平时，总线上的电平才为1。在IIC通信中，引脚通常设置为开漏输出模式。

2.复用开漏输出(带上拉或者下拉)

此时GPIO复用为其他外设，输出数据寄存器GPIOx_ODR无效；即输出的高低电平来源于其它外设，除了输出信号的来源改变之外，其他的与开漏输出功能相同。

3.推挽输出(带上拉或者下拉)

在该模式下，如果我们控制输出为0，低电平，则I/O端口的电平就是低电平。若控制输出为1，高电平，则I/O端口的电平就是高电平。此时，外部上拉和下拉的作用是控制在没有输出IO口的默认电平。在该模式下，施密特触发器也是打开的，即输入可用，通过输入数据寄存器GPIOx_IDR可读取I/O的实际状态。

4.复用推挽输出(带上拉或者下拉)

此时GPIO复用为其他外设，输出数据寄存器GPIOx_ODR无效；即输出的高低电平来源于其它外设，除了输出信号的来源改变之外，其他的与推挽输出功能相同。

- 4种输出速度 -

1. 2MHZ(低速)

2. 25MHZ(中速)

3. 50MHZ(快速)

4. 100MHZ(高速)

GPIO的引脚速度又称输出驱动电路的响应速度，即一个驱动电路可以不失真地通过信号的最大频率。比如信号频率为10MHz，而我们把GPIO速度配置成了2MHz，则10MHz的方波很可能就变成了正弦波，发生了失真。芯片内部在I/O口的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路，我们可以根据自己的需要选择合适的驱动电路，通过选择速度来选择不同的输出驱动模块，达到最佳的噪声控制和降低功耗的目的。因为GPIO口的速度配置越高，噪声越大，功耗也越大。比如在USART串口通信中，若最大波特率只需115.2k，那用2M的速度就够了，既省电，噪声也小；而在SPI接口中，若使用18M或9M的波特率，则需要选用50M的GPIO的引脚速度。

注意：CKS32F407用于配置PA13输出速度的GPIOA_OSPEEDR寄存器的端口 13配置位(GPIOA_OSPEEDR_OSPEEDR13[1:0])初始值为00，即PA13的I/O输出速度默认为低速。因此客户在实际使用CKS32F407时，要按照参考手册中的介绍来配置GPIOA_OSPEED寄存器中 OSPEEDR13[1:0]位，从而来选择PA13的I/O输出指定的速度。

GPIO的配置

接下来我们讲解如何利用CKS32F4xx系列固件库对GPIO口的工作模式进行配置。首先，固件库中定义了一个如下的结构体：

typedef struct
{  
  uint32_t GPIO_Pin;               
  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;      
  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;    
  GPIOOType_TypeDef GPIO_OType;    
  GPIOPuPd_TypeDef GPIO_PuPd;    
} GPIO_InitTypeDef;

通过对该结构体成员中各个变量的初始化，就可以完成对2.2小节中所讲的GPIO口的工作模式配置。结构体中各个成员变量的介绍及初始化时可被赋的值如下：

1)GPIO_Pin:用来选择要控制的GPIO引脚，在标准库函数中可选择的值及其定义如下：

#define GPIO_Pin_0                 ((uint16_t)0x0001) 
#define GPIO_Pin_1                 ((uint16_t)0x0002) 
#define GPIO_Pin_2                 ((uint16_t)0x0004)  
#define GPIO_Pin_3                 ((uint16_t)0x0008) 
#define GPIO_Pin_4                 ((uint16_t)0x0010)  
#define GPIO_Pin_5                 ((uint16_t)0x0020)  
#define GPIO_Pin_6                 ((uint16_t)0x0040) 
#define GPIO_Pin_7                 ((uint16_t)0x0080)  
#define GPIO_Pin_8                 ((uint16_t)0x0100) 
#define GPIO_Pin_9                 ((uint16_t)0x0200)  
#define GPIO_Pin_10                ((uint16_t)0x0400) 
#define GPIO_Pin_11                ((uint16_t)0x0800) 
#define GPIO_Pin_12                ((uint16_t)0x1000) 
#define GPIO_Pin_13                ((uint16_t)0x2000) 
#define GPIO_Pin_14                ((uint16_t)0x4000)  
#define GPIO_Pin_15                ((uint16_t)0x8000) 
#define GPIO_Pin_All               ((uint16_t)0xFFFF)

2) GPIO_Mode:用来设置已经选择的GPIO引脚的模式，在标准库函数中可选择的值及其定义如下：

typedef enum
{   
   GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*!设置为输入模式 */  
   GPIO_Mode_OUT  = 0x01, /*!设置为输出模式*/  
   GPIO_Mode_AF   = 0x02, /*!设置为复用模式 */  
   GPIO_Mode_AN   = 0x03  /*!设置为模拟模式*/
}GPIOMode_TypeDef;

3) GPIO_Speed:用来设置已经选择的GPIO引脚的速度，在标准库函数中可选择的值及其定义如下：

#define  GPIO_Speed_2MHz    GPIO_Low_Speed    
#define  GPIO_Speed_25MHz   GPIO_Medium_Speed 
#define  GPIO_Speed_50MHz   GPIO_Fast_Speed 
#define  GPIO_Speed_100MHz  GPIO_High_Speed

4) GPIO_OType:用来设置已经选择的GPIO引脚的输出模式，只有输出模式才需要该配置，输入模式下不需要该配置。在标准库函数中可选择的值及其定义如下：

typedef enum
{   
   GPIO_OType_PP = 0x00, /*!设置为推挽输出模式 */  
   GPIO_OType_OD = 0x01  /*!设置为开漏输出模式 */
}GPIOOType_TypeDef;

5) GPIO_PuPd:用来设置已经选择的GPIO引脚的上下拉，在标准库函数中可选择的值及其定义如下：

typedef enum
{   
   GPIO_PuPd_NOPULL = 0x00, /*!设置为既不上拉也不下拉/浮空模式 */  
   GPIO_PuPd_UP     = 0x01, /*!设置为上拉模式*/  
   GPIO_PuPd_DOWN   = 0x02  /*!设置为下拉模式*/
}GPIOPuPd_TypeDef;

根据上面所讲解的配置方法，我们讲解标准库下的3个实际配置实例。

1) 作为普通的GPIO口输出，控制LED灯的亮灭，其GPIO口初始化函数如下：

void LED_GPIO_Init(void)
{         
   GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;  
   RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE);//使能GPIOF时钟  
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;//LED1对应的IO口  
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//输出模式  
   GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽模式  
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//速度100MHz  
   GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉  
   GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
}

2) 复用为CAN外设的输出。

void CAN1_GPIO_Init(void)
{    
   GPIO_InitTypeDef         
   GPIO_InitStructure;   
   RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);//使能PORTA时钟                                          
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11| GPIO_Pin_12;    
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;  //复用功能    
   GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出    
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz    
   GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;  //上拉    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化PA11,PA12   
   GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource11,GPIO_AF_CAN1); //GPIOA11复用为CAN1   
   GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource12,GPIO_AF_CAN1); //GPIOA12复用为CAN1

3) 当ADC采集的输入通道，作为普通模拟输入。

void  ADC_Init(void)
{      
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;  
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);//使能GPIOA时钟  
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;//PA5 通道5  
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;//模拟输入  
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;//不带上下拉  
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化
 }

HK32F103x/C/D/E是航顺芯片推出的中大容量的103系列芯片,而作为32位MCU最常用功能就是GPIO。HK32F103x的每个GPI/O端口有两个32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)，两个32位数据寄存器(GPIOx_IDR 和 GPIOx_ODR)，一个32位置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR)，一个16位复位寄存器(GPIOx_BRR)和一个32位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)。

每个I/O端口的特定硬件特征，GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式。

输入浮空

输入上拉

输入下拉

模拟输入

开漏输出

推挽式输出

推挽式复用功能

开漏复用功能

每个I/O端口位可以自由编程，然而必须按照32位字访问I/O端口寄存器(不允许半字或字节访问)。GPIOx_BSRR 和 GPIOx_BRR 寄存器允许对任何GPIO寄存器进行读/更改的独立访问；这样，在读和更改访问之间产生IRQ时不会发生危险。每个GPIO管脚都可以由软件配置成输出(推拉或开路)、输入(带或不带上拉或下拉)或其它的外设功能端口。多数 GPIO 管脚都与数字或模拟的外设共用。所有的 GPIO 管脚都有大电流通过能力。在需要的情况下，I/O 管脚的外设功能可以通过一个特定的操作锁定，以避免意外的写入 I/O 寄存器。

下图就是I/O 端口位的基本结构：

5伏兼容 I/O 端口位的基本结构

注意：VDD_FT 对5伏容忍I/O脚是特殊的，它与VDD不同

端口位配置表

输出模式位

单独的位设置或位清除

当对GPIOx_ODR的个别位编程时，软件不需要禁止中断：在单次APB2写操作里，可以只更改一个或多个位。这是通过对“置位/复位寄存器”(GPIOx_BSRR，复位是 GPIOx_BRR)中想要更改的位写’1’来实现的。没被选择的位将不被更改。

复用功能(AF)

使用默认复用功能前必须对端口位配置寄存器编程。

● 对于复用的输入功能，端口必须配置成输入模式(浮空、上拉或下拉)且输入引脚必须由外部驱动

注意：也可以通过软件来模拟复用功能输入引脚，这种模拟可以通过对 GPIO 控制器编程来实现。此时，端口应当被设置为复用功能输出模式。显然，这时相应的引脚不再由外部驱动，而是通过 GPIO 控制器由软件来驱动。

● 对于复用输出功能，端口必须配置成复用功能输出模式(推挽或开漏)。

● 对于双向复用功能，端口位必须配置复用功能输出模式(推挽或开漏)。这时，输入驱动器被配置成浮空输入模式。

如果把端口配置成复用输出功能，则引脚和输出寄存器断开，并和片上外设的输出信号连接。如果软件把一个GPIO脚配置成复用输出功能，但是外设没有被激活，它的输出将不确定。

输入配置

当 I/O 端口配置为输入时：

● 输出缓冲器被禁止

● 施密特触发输入被激活

● 根据输入配置(上拉，下拉或浮动)的不同，弱上拉和下拉电阻被连接

● 出现在I/O脚上的数据在每个APB2时钟被采样到输入数据寄存器

● 对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态

输出配置

当 I/O 端口被配置为输出时：

● 输出缓冲器被激活

─ 开漏模式：输出寄存器上的’0’激活 N-MOS，而输出寄存器上的’1’将端口置于高阻状态(P-MOS 从不被激活)。

─ 推挽模式：输出寄存器上的’0’激活 N-MOS，而输出寄存器上的’1’将激活 P-MOS。

● 施密特触发输入被激活

● 弱上拉和下拉电阻被禁止

● 出现在I/O脚上的数据在每个APB2时钟被采样到输入数据寄存器

● 在开漏模式时，对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态

● 在推挽式模式时，对输出数据寄存器的读访问得到最后一次写的值。

复用功能配置

当 I/O 端口被配置为复用功能时：

● 在开漏或推挽式配置中，输出缓冲器被打开

● 内置外设的信号驱动输出缓冲器(复用功能输出)

● 施密特触发输入被激活

● 弱上拉和下拉电阻被禁止

● 在每个APB2时钟周期，出现在I/O脚上的数据被采样到输入数据寄存器

● 开漏模式时，读输入数据寄存器时可得到I/O口状态

● 在推挽模式时，读输出数据寄存器时可得到最后一次写的值

模拟输入配置

当 I/O 端口被配置为模拟输入配置时：

● 输出缓冲器被禁止

● 禁止施密特触发输入，实现了每个模拟I/O引脚上的零消耗。施密特触发输出值被强置为’0’

● 弱上拉和下拉电阻被禁止

● 读取输入数据寄存器时数值为’0’

下面就HK32F103xC/D/E在操作上需要应用开发者注意的。

用户在使用HK32F103xC/D/E时，使用软件循环产生定时，用GPIO翻转模拟时序，发现跟友商不一致。这是我们设计跟友商不一样。

解决方法如下：

不开 Cache，HK32F103xCxDxE 效率低一点。

打开 Cache，HK32F103xCxDxE 效率明显提高。

以上有关寄存器的介绍可以参考我们HK的HK32F103xC/D/E的应用手册。