GPIO口的定义：

GPIO口，通用输入输出，这个大家都知道，但是输入，输出的电路是什么样的，其实并不用太关心，只需配置寄存器即可，但是还是要摸一摸，为了方便理解，引入了单片机的IO口原理图来说明(道理是一样的)。

认识电路：

一、普通IO口

1、基级(②位置)为低电平时，PNP导通,此时单片机IO口输出的是低电平，当基级(②位置)为高电平时，PNP导通，此时单片机IO口输出的是高电平。

2、这里注意，④位置上是一个上拉电阻，这里设置上拉电阻的考虑因素是这样的，假设我要在这个单片机IO口输出一个电流来驱动小灯发亮，①的位置电阻一般有20k左右，发出的电流250uA，基本上忽略不计，加上一个上拉电阻后，总电流 = ①位置电流 + ④位置电流(①与④构成并联电路)。

3、为什么不设置让，①的位置电阻R小一点,这样电流大一点，就不需要上拉电阻了呢？因为单片机是控制单元，设计时最好把强电流设计到外围电路里，如果设计到单片机内部，会烧坏板子。

这里体现出上拉电阻的其中一个作用--->加大电流，加强了驱动的能力

二、强推挽输出:

意思就是说能输入输出大电流,前面已经说了单片机内部最好不要设计大的电流,所以这个功能的IO要少用

1、内部总线输入高电平, 上面的NPN导通，则IO口输出大电流(因为上面的三极管VCC电源下面没有接上拉电阻, I = VCC/电阻+NPN内部电阻)，所以IO出口的地方一般接一个电阻限流内部总线输如低电平, 下面的NPN导通，则此时如果IO口外面接一个VCC(不带上拉电阻)，就会有大电流灌输进来。

这里体现了上拉电阻的另一个作用--->限流

三、开漏级OC门：

什么叫IO口的开漏状态，如上图所示 如果内线是高电平，则NPN的基级是低电平，此时NPN不导通，那么IO口此时相当于是悬浮在空气中的，所以无法确定它的状态(不知道是低电平还是高电平)，那么这个状态就是开漏状态，所以此时要向外围电路输出一个高电平是不可能的，如果想输出一个高电平，则必须在NPN的集电极上面来一个上拉电阻。

这时又体现出上拉的一个作用：就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位(保持)在一个高电平上，下拉同理。

这里对于OC门还有一个应用，可以控制高电位的电路，如果外围电路需要大的电压，则可以用OC门加上拉电阻来完成这个功能，如下图所示, 当内部总线为高电平，则NPN截止，最右边加一个12v的上拉电阻，使得电位钳在12v供外围电路使用。

本文转载自网络，仅供学习交流使用，如有侵权，请联系删除。

Microchip的USB70xx集线器系列的USB转GPIO桥接功能为系统设计人员提供更多系统控制，还能降低BOM。通用输入/输出 （General Purpose Input/Outputs， GPIO）可用于任何常见的3.3V的数字控制和输入功能。

可从USB主机将命令发送至Microchip集线器的内部集线器功能控制器 （Hub Feature Controller， HFC）设备，以执行以下功能：
• 设置GPIO的方向 （输入或输出）
• 使能上拉电阻
• 使能下拉电阻
• 读取状态
• 设置状态

STM32F1xx官方资料：
《STM32中文参考手册V10》-第8章通用和复用功能IO(GPIO和AFIO)
《Cortex-M3权威指南(中文)》第5章 位带操作

硬件连接

假设跑马灯实验的硬件连接如上图所示，LED0连接PB5，LED1连接PE5。由于在LED的另一端是VCC3.3，所以当PB5或PE5为低电平的时候，LED灯会亮。此时GPIO应采取推挽输出的模式。

GPIO的相关配置寄存器

STM32的每组GPIO口包括7个寄存器。也就是说，每个寄存器可以控制一组GPIO的16个GPIO口。

这7个寄存器分别为：
- GPIOx_CRL：端口配置低寄存器（32位）
- GPIOx_CRH：端口配置高寄存器（32位）
- GPIOx_IDR：端口输入寄存器（32位）
- GPIOx_ODR：端口输出寄存器（32位）
- GPIOx_BSRR：端口位设置/清除寄存器（32位）
- GPIOx_BRR：端口位清除寄存器（16位）
- GPIOx_LCKR：端口配置锁存寄存器（32位）

端口配置低寄存器（GPIOx_CRL）

由于每个GPIO口需要4位来进行配置输入输出模式（2位配置MODE，2位配置CNF），这样的话每组16个GPIO口则需要64位，这也就表明需要两个32位寄存器。于是GPIOx_CRL用于配置GPIO0-GPIO7的输入输出模式。同理GPIOx_CRH则用于配置GPIO8-GPIO15的输入输出模式。

同时对于上面的这个表可以总结出端口位配置的信息：

需要注意的是，当MODE选择00，CNF为选择10时，代表着上拉/下拉输入模式。到底是上拉还是下拉呢？此时需要PxODR（端口输出寄存器）来确定，0为下拉输入，1为上拉输入。

端口输入寄存器（GPIOx_IDR）

IDR寄存器低16位，每个位控制该组GPIO口的一个IO口，对应的是该IO口的输入电平。在输入模式下，可以读取I/O端口的电平值；在输出模式下，也可以读取I/O端口的电平值（在开漏输出时，读取到的I/O端口的电平值，不一定就是输出的电平值）。

端口输出寄存器（GPIOx_ODR）

ODR寄存器的低16位，每个位控制该组GPIO口的一个IO口，对应的是该IO口的输出电平。在输出模式下，可以通过写寄存器的值，来达到某个IO口的电平输出；在输入模式下，还可以通过写值，来确定是上拉还是下拉输入模式。

端口位设置/清除寄存器（GPIOx_BSRR）

在GPIO的开漏输出模式或者推挽输出模式下，都可以直接给ODR寄存器赋值来进行某个IO口的电平输出；同时，也可以通过对BSRR进行赋值来达到对ODR寄存器的控制来进行对IO口的电平输出。其实，BSRR寄存器的底层也是对ODR寄存器的控制。

BSRR寄存器的低16位可以只对ODR赋1，高16位可以只对ODR赋0。这样的好处是，只可以对ODR的某些特定位产生影响，而不对其他的位产生影响。而且可以一次性对ODR的许多位同时进行控制。

端口位清除寄存器（GPIOx_BRR）

BRR寄存器的功能其实和BSRR寄存器的高16位的功能是一样的，通常情况下，使用BSRR寄存器的低16位来赋1，使用BRR寄存器来赋0。

GPIO的寄存器版本

1. 使能IO口时钟。配置寄存器RCC_APB2ENR；
2. 初始化IO口模式。配置寄存器GPIOx_CRH/CRL；
3. 操作IO口，输出高低电平。配置寄存器GPIOX_ODR或者BSRR/BRR。

具体的程序内容：

void LED_Init(void){
	RCC->APB2ENR|=1<<3;
	RCC->APB2ENR|=1<<6;
	
	GPIOB->CRL&=0xFF0FFFFF;
	GPIOB->CRL|=0x00300000;
	
	GPIOB->ODR|=1<<5;
	
	GPIOE->CRL&=0xFF0FFFFF;
	GPIOE->CRL|=0x00300000;
	
	GPIOE->ODR|=1<<5;
}

 int main(void)
 {	
	LED_Init();
	delay_init();
	while(1){
		GPIOB->ODR|=1<<5;
		GPIOE->ODR|=1<<5;
		
		delay_ms(500);
		
		GPIOB->ODR&=~(1<<5);
		GPIOE->ODR&=~(1<<5);
		
		delay_ms(500);
			
	}
 }

GPIO的库函数版本

需引用的文件：stm32f10x_gpio.h、stm32f10x_rcc.h、misc.h

需定义的文件：led.h

GPIO库函数介绍

  •  1个初始化函数：

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);

作用：初始化一个或者多个IO口（同一组）的工作方式和速度。该函数主要是操作GPIO_CRL（CRH）寄存器，在上拉或者下拉的时候有设置BSRR或者BRR寄存器 。

注意：外设（包括GPIO）在使用之前，几乎都要先使能对应的时钟。

  •  2个读取输入电平函数：

uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);

作用：读取某个（某组）GPIO的输出电平。实际操作的是GPIO_ODR寄存器。

  •  4个设置输出电平函数：

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);
void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);

作用：设置某个IO口输出为高电平（低电平）。实际操作BSRR寄存器。后两个函数的作用类似。

GPIO库函数版本的跑马灯

1. 使能IO口时钟。调用函数RCC_APB2PeriphColckCmd()；

2. 初始化IO口模式。调用函数GPIO_Init()；

3. 操作IO口，输出高低电平。调用函数GPIO_SetBits()；GPIO_ResetBits()。

具体的程序内容：

void LED_Init(void){
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
	
}

 int main(void)
 {	
	LED_Init();
	delay_init();
	while(1){
		GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
		GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
		
		delay_ms(500);
		
		GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
		GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
		
		delay_ms(500);
		
	}
 }

GPIO的位操作版本

位操作的原理

把每位膨胀为一个32位的地址，当访问这些地址的时候就达到了访问该位的目的。比如说BSRR寄存器有32个位，那么可以映射到32个地址上，我们去访问（读-改-写）这32个地址就达到访问32个比特的目的。

也就是说，位操作就是可以读、写单独的一个比特位，由于在STM32中没有像51单片机的sbit来实行位定义，但是它可以通过位带别名区来实现。 

哪些区域支持位操作：

SRAM 区的最低 1MB 范围，0x20000000 ‐ 0x200FFFFF（SRAM区中的最低 1MB）；
片内外设区的最低 1MB范围，0x40000000 ‐ 0x400FFFFF（片上外设区中最低 1MB）。
位带区：支持位带操作的地址区

位带别名：对别名地址的访问最终作用到位带区的访问上（注意：这中间有一个地址映射过程）

这两个1MB的空间可以像普通RAM一样操作外（修改内容时用读、改、写），它们还有自己的位带别名区，位带别名区把这1MB的空间的每一位膨胀为一个32位的字。确切的说，这个字就是一个地址，当操作这个地址时，就可以达到操作这个位带区某个位的目的。 

在位带区中，每个比特位都映射到别名地址区的一个地址，注意，这只是只有LSB有效的字(最低一位有效的字)。当一个别名地址被访问时，会把该地址转换为为位带操作。

映射方式

对片内外设位带区的某个比特位，记它的所在字节的地址为A，位序号为n（0<=n<=7），则该比特位在别名区的地址为：

AliasAddr = 0x42000000 + ((A - 0x40000000) * 8 + n) * 4
          = 0x42000000 + (A - 0x40000000) * 32 + n * 4

一开始，我对n（0<=n<=7）很不理解，既然n表示位序号，为什么不是0<=n<=31呢？其实是我忽略了“所在字节”四个字，也就是说在位带区中，不是以一个寄存器一个寄存器为分隔单元，而是以一个字节一个字节来分隔单元的。 

对于映射的公式，稍微解释一下：

1. A - 0x40000000 = 当前字节偏离外设基地址的偏移字节数 ；

2. 偏移字节数 * 8 = 偏移了多少位 ；

3. 因为位带区每一位对应位带别名区的一个地址（32位4字节），而地址是以字节计算的，所以位带别名区对应偏移量最后一个的地址 = 偏移了多少位 * 4 ；

4. n * 4 = 偏移量后面的n位对应位带别名区的地址。
同理，对于SRAM位带区的某个比特位，记它所在字节地址为A，位序号为n（0<=n<=7），则该比特位在别名区的地址为：

AliasAddr = 0x22000000 + ((A - 0x20000000) * 8 + n) * 4 
          = 0x22000000 + (A - 0x20000000) * 32 + n * 4

只是对位带基地址和位带别名区基地址做了改变即可。

为了方便操作，我们可以把这两个公式合并成一个公式，把“位带地址 + 位序号”转换成别名地址：

//把位带区地址 + 位序号转换成位带别名去的宏
#define BITBAND(addr, bit_num) ((addr & 0xf0000000) + 0x02000000 + ((addr & 0x00ffffff) << 5) + (bit_num << 2))

位带操作的优越性

位带操作可以简化跳转的判断。比如之前需要跳转到某一位时，必须这样做：
- 读取整个寄存器；
- 掩蔽不需要的位；
- 比较并跳转。

现在使用位带操作只需要：
- 从位带别名区读取状态位；
- 比较并跳转。

在SYSTEM文件夹的sys.h文件中，对GPIO输入输出部分功能实现了位带操作。具体的实现过程如下面的程序所示：

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) 
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr)) 
#define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum)) 
//IO口地址映射
#define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+12) //0x4001080C  
#define GPIOA_IDR_Addr    (GPIOA_BASE+8) //0x40010808 
 
//IO口操作,只对单一的IO口!
//确保n的值小于16!
#define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PAin(n)    BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)  //输入 

通过PAout(n)实现对GPIOA_ODR寄存器的第n位赋值的功能，通过PAin(n)实现对GPIOA_IDR寄存器的第n位赋值的功能。按照这种写法，之前库函数版本的主程序可以改写成：

 int main(void)
 {	
	LED_Init();
	delay_init();
	while(1){
		PBout(5)=1;
		PEout(5)=1;
		
		delay_ms(500);
		
		PBout(5)=0;
		PEout(5)=0;
		
		delay_ms(500);
		
	}
 }