GPIO的八种工作模式

STM开发方式

基于寄存器--->程序员直接配置寄存器
基于标准库--->利用ST官方封装好的库函数
基于HAL库--->图形化界面

我目前主要学习基于标准库的，STM32库是由ST公司针对STM32提供的函数接口，即API（Application Program Interface），开发者可调用这些函数接口来配置STM32的寄存器，使开发人员得以脱离最底层的寄存器操作，有开发快速、易于阅读、维护成本低等优点。

51单片机：
在51单片机的程序开发中，我们直接配置51单片机的寄存器，控制芯片的工作方式，如中断、定时器等。配置的时候，我们常常要查阅寄存器表，看用到哪些配置位，为了配置某功能该置1还是置0。

CMSIS标准

	以ST公司生产的STM32的Cortex-M3内核为例，内核是整个微控制器的CPU。该内核是ARM公司设计的一个处理器体系架构，ARM公司并不生产芯片，而是出售其芯片技术授权。ST公司或其他芯片生产厂商如TI，负责设计的是在内核之外的部件，被称为核外外设或片上外设、设备外设。如芯片内部的模数转换外设ADC、串口UART、定时器TIM等。内核与外设，类似PC上的CPU与主板、内存、显卡、硬盘的关系。
	因为基于Cortex的某系列芯片采用的内核都是相同的，区别主要为核外的片上外设的差异，这些差异却导致软件在同内核、不同外设的芯片上移植困难。为了解决不同芯片厂商生产的Cortex微控制器软件的兼容性问题，ARM与芯片厂商建立了CMSIS标准（Cortex Microcontroller Software Interface Standard）。
	CMSIS标准中最主要的是CMSIS核心层，它包括：内核函数层：其中包含用于访问内核寄存器的名称、地址定义，主要由ARM公司提供。
设备外设访问层：提供了片上的核外外设的地址和中断定义，主要由芯片生产商提供。可见CMSIS层位于硬件层与操作系统或用户层之间，提供了与芯片生产商无关的硬件抽象层，可以为接口外设、实时操作系统提供简单的处理器软件接口，屏蔽了硬件差异，这对软件的移植有极大的好处。STM32固件库就是按照CMSIS标准建立的。

点亮一个灯需要配置的东西

1开启时钟
	注意　3.5版本的库在启动文件中调用了SystemInit()，所以不必在main()函数中再次调用。但如果	  使用的是3.0版本的库则必须在main函数中调用SystemInit()，以设置系统时钟，因为在3.0版本的     启动代码中并没有调用SystemInit()函数。
2初始化结构体——GPIO_InitTypeDef类型
	GPIO_Pin；/*指定将要进行配置的GPIO引脚*/
	GPIO_Speed；/*指定GPIO引脚可输出的最高频率*/
	GPIO_Mode；/*指定GPIO引脚将要配置成的工作状态
3初始化库函数——GPIO_Init()
	这个函数有两个输入参数，分别为GPIO_TypeDef和GPIO_InitTypeDef型的指针，
	其允许值为GPIOA……GPIOG和GPIO_InitTypeDef型指针变量。

抢占优先级和响应优先级

STM32的中断向量具有两个属性，一个为抢占属性，另一个为响应属性，其属性编号越小，表明它的优先级别越高。抢占，是指打断其他中断的属性，即因为具有这个属性会出现嵌套中断（在执行中断服务函数A的过程中被中断B打断，执行完中断服务函数B再继续执行中断服务函数A），抢占属性由NVIC_IRQChannelPreemptionPriority的参数配置。而响应属性则应用在抢占属性相同的情况下，当两个中断向量的抢占优先级相同时，如果两个中断同时到达，则先处理响应优先级高的中断，响应属性由NVIC_IRQChannelSubPriority参数配置。

AFIO时钟

AFIO（alternate-function I/O），指GPIO端口的复用功能，GPIO除了用作普通的输入输出（主功能），还可以作为片上外设的复用输入输出，如串口、ADC，这些就是复用功能。大多数GPIO都有一个默认复用功能，有的GPIO还有重映射功能。重映射功能是指把原来属于A引脚的默认复用功能，转移到B引脚进行使用，前提是B引脚具有这个重映射功能。当把GPIO用作EXTI外部中断或使用重映射功能的时候，必须开启AFIO时钟，而在使用默认复用功能的时候，就不必开启AFIO时钟了。

NVIC的优先级组

在配置优先级的时候，还要注意一个很重要的问题，即中断种类的数量。NVIC只可以配置16种中断向量的优先级，也就是说，抢占优先级和响应优先级的数量由一个4位的数字来决定，把这个4位数字的位数分配成抢占优先级部分和响应优先级部分。有5组分配方式：
第0组：所有4位用来配置响应优先级。即16种中断向量具有都不相同的响应优先级。
第1组：最高1位用来配置抢占优先级，低3位用来配置响应优先级。表示有21=2种级别的抢占优先级（0级，1级），有23=8种响应优先级，即在16种中断向量之中，有8种中断，其抢占优先级都为0级，而它们的响应优先级分别为0～7，其余8种中断向量的抢占优先级则都为1级，响应优先级分别为0～7。
第2组：2位用来配置抢占优先级，2位用来配置响应优先级。即22=4种抢占优先级，22=4种响应优先级。
第3组：高3位用来配置抢占优先级，最低1位用来配置响应优先级。即有8种抢占优先级，2种响应优先级。
第4组：所有4位用来配置抢占优先级，即NVIC配置的24=16种中断向量都是只有抢占属性，没有响应属性。
要配置这些优先级组，可以采用库函数
NVIC_PriorityGroupConfig()，可输入的参数为NVIC_PriorityGroup_0～NVIC_PriorityGroup_4，分别为以上介绍的5
种分配组。
STM2单片机的所有I/O端口都可以配置为EXTI中断模式，用来捕捉外部信号，可以配置为下降沿中断、上升沿中断和上升下降沿中断这三种模式。它们以如图7-2所示方式连接到16个外部中断/事件线上。

EXTI外部中断

STM32的所有GPIO都引入到EXTI外部中断线上，使得所有的GPIO都能作为外部中断的输入源。
比如：PA0～PG0连接到EXTI0、PA1～PG1连接到EXTI1、……、PA15～PG15连接到EXTI15。这里大家要注意的是：PAx～PGx端口的中断事件都连接到了EXTIx，即同一时刻EXTIx只能响应一个端口的事件触发，不能够同一时间响应所有GPIO端口的事件，但可以分时复用。它可以配置为上升沿触发、下降沿触发或双边沿触发。EXTI最普通的应用就是接上一个按键，设置为下降沿触发，用中断来检测按键。

EXTI之按键中断实验

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

uint16_t CountSensor_Count;
void CountSensor_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource14);
	
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14;
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling;
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);//调用EXTI_Init()把EXTI初始化结构体的参数写入寄存器
	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//调用NVIC_Init()函数来向寄存器写入参数
}
uint16_t CountSensor_Get(void)
{
	return CountSensor_Count;
}

void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14)==SET) //检查是否产生了中断
	{
		CountSensor_Count++;
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14); //清除中断标志位再退出中断服务函数
	}
}

GPIO工作原理

STM32引脚说明
GPIO是通用输入/输出端口的简称，是STM32可控制的引脚。GPIO的引脚与外部硬件设备连接，可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。

STM32F103ZET6芯片为144脚芯片，包括7个通用目的的输入/输出口（GPIO）组，分别为GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG，同时每组GPIO口组有16个GPIO口。通常简略称为PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx，其中x为0-15。

STM32的大部分引脚除了当GPIO使用之外，还可以复用位外设功能引脚（比如串口），这部分在【STM32】STM32端口复用和重映射（AFIO辅助功能时钟） 中有详细的介绍。

GPIO基本结构
每个GPIO内部都有这样的一个电路结构，这个结构在本文下面会具体介绍。

保护二极管：IO引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。当引脚电压高于VDD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，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。但是尽管如此，还是不能直接外接大功率器件，须加大功率及隔离电路驱动，防止烧坏芯片或者外接器件无法正常工作。
P-MOS管和N-MOS管：由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。这里的电路会在下面很详细地分析到。
TTL肖特基触发器：信号经过触发器后，模拟信号转化为0和1的数字信号。但是，当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时，用其“模拟输入”功能，此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。ADC外设要采集到的原始的模拟信号。
这里需要注意的是，在查看《STM32中文参考手册V10》中的GPIO的表格时，会看到有“FT”一列，这代表着这个GPIO口时兼容3.3V和5V的；如果没有标注“FT”，就代表着不兼容5V。

STM32的GPIO工作方式
GPIO支持4种输入模式（浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入）和4种输出模式（开漏输出、开漏复用输出、推挽输出、推挽复用输出）。同时，GPIO还支持三种最大翻转速度（2MHz、10MHz、50MHz）。

每个I/O口可以自由编程，但I/O口寄存器必须按32位字被访问。

GPIO_Mode_AIN 模拟输入
GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
GPIO_Mode_IPD 下拉输入
GPIO_Mode_IPU 上拉输入
GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出

GPIO八种工作模式

浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，I/O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（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

上拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在高电平；并且在I/O端口输入为低电平的时候，输入端的电平也还是低电平。

下拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在低电平；并且在I/O端口输入为高电平的时候，输入端的电平也还是高电平。

模拟输入模式下，I/O端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块，比如ADC模块等等。

开漏输出模式下，通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经N-MOS管，最终输出到I/O端口。这里要注意N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就不会由输出的高低电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定；当设置输出的值为低电平的时候，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就是低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，I/O端口的电平不一定是输出的电平。


开漏复用输出模式，与开漏输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。

推挽输出模式下，通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经P-MOS管和N-MOS管，最终输出到I/O端口。这里要注意P-MOS管和N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，P-MOS管处于开启状态，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就由P-MOS管决定：高电平；当设置输出的值为低电平的时候，P-MOS管处于关闭状态，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就由N-MOS管决定：低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，此时I/O端口的电平一定是输出的电平。


推挽复用输出模式，与推挽输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。