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从单片机的启动说起一个单片机到点灯发生了什么下——使用GPIO点一个灯

news 来源：原创 2025/9/15 15:53:07

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前言

HAL库对GPIO的抽象

核心分析：HAL_GPIO_Init

前言

我们终于到达了熟悉的地方，对GPIO的初始化。经过漫长的铺垫，我们终于历经千辛万苦，来到了这里。关于GPIO的八种模式等更加详细的细节，由于只是点个灯，我们不做所有的分析。

HAL库对GPIO的抽象

HAL库对GPIO的抽象可以说是到了一个巅峰。使能一个GPIO，被化简到了一个非常显然的步骤。

  • 使能对应GPIO所在的Port的时钟

  • 设置GPIO对应的模式——点灯的时候，我们是推挽强力的控制外设

  • 使用HAL_GPIO_Init函数注册到寄存器当中

  • 做一些Post Init工作。比如说，我们明确的要求拉高拉低GPIO。这个，需要根据外设电路来实现

以我板子上外接的PA9作为一个例子把！

static void __open_gpioclk(){__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
}
​
CCGPIOInitTypeDef led0_init = {.type = {.Pin    = GPIO_PIN_9,.Mode   = GPIO_MODE_OUTPUT_PP,.Speed  = GPIO_SPEED_HIGH,.Pull   = GPIO_PULLUP},.open_clock = __open_gpioclk,.post_init  = __post_init,.port = GPIOF
};
​
void configure_ccgpio(CCGPIOType* type,  CCGPIOInitTypeDef* initer)
{type->port = initer->port;type->pinType = initer->type.Pin;
​// oh shit, the open clock is missing initediniter->open_clock ? initer->open_clock() : __die();
​HAL_GPIO_Init(type->port, &initer->type);
​if(initer->post_init) initer->post_init(type);
}

核心分析：HAL_GPIO_Init

我们只是简单的点个灯，这个函数就可被化简为如下的逻辑

void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef  *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init)
{uint32_t position;uint32_t ioposition = 0x00U;uint32_t iocurrent = 0x00U;uint32_t temp = 0x00U;
​/* 检查参数 */assert_param(IS_GPIO_ALL_INSTANCE(GPIOx));assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Init->Pin));assert_param(IS_GPIO_MODE(GPIO_Init->Mode));
​/* 配置GPIO引脚 */for(position = 0U; position < GPIO_NUMBER; position++){/* 获取IO引脚位置 */ioposition = 0x01U << position;/* 获取当前IO引脚的状态 */iocurrent = (uint32_t)(GPIO_Init->Pin) & ioposition;
​...
​/* 配置引脚为高电平来点亮LED */GPIOx->ODR |= iocurrent; // 设置为高电平}}
}

这就是为什么我们可以使用Pin9 | Pin10完成我们的组操作，因为内部，我们是逐个比特的完成我们对GPIO的设置，对于每一个满足——的确是我们要设置的GPIO

  
  if(iocurrent == ioposition){/* --------------------- GPIO模式配置 ------------------------*//* 仅当输出模式时才需要配置 */if(((GPIO_Init->Mode & GPIO_MODE) == MODE_OUTPUT)){/* 配置IO速度 */assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_Init->Speed));temp = GPIOx->OSPEEDR;temp &= ~(GPIO_OSPEEDER_OSPEEDR0 << (position * 2U));temp |= (GPIO_Init->Speed << (position * 2U));GPIOx->OSPEEDR = temp;
​/* 配置IO输出类型 */temp = GPIOx->OTYPER;temp &= ~(GPIO_OTYPER_OT_0 << position);temp |= (((GPIO_Init->Mode & OUTPUT_TYPE) >> OUTPUT_TYPE_Pos) << position);GPIOx->OTYPER = temp;
​/* 配置IO输出模式 */temp = GPIOx->MODER;temp &= ~(GPIO_MODER_MODER0 << (position * 2U));temp |= ((GPIO_Init->Mode & GPIO_MODE) << (position * 2U));GPIOx->MODER = temp;}

也就是说，设置我们的输出类型是下面的：

  • 上拉是指在GPIO引脚与电源（通常是3.3V或5V）之间连接一个电阻，这样当引脚处于输入状态时，如果没有外部信号驱动该引脚，它会自动被拉到高电平。也就是被高电平拽上去了！

  • 下拉是指在GPIO引脚与地（0V）之间连接一个电阻，这样当引脚处于输入状态时，如果没有外部信号驱动该引脚，它会自动被拉到低电平。也就是被低电平拽下去了！

  • 无上下拉配置意味着不连接任何上拉或下拉电阻。当GPIO引脚处于输入模式时，它的电平状态将取决于外部电路。如果没有外部驱动信号，这个引脚将处于浮空状态（Hi-Z），可能会导致电平不稳定，容易受到噪声干扰。

中的一种。至于GPIO的速度，则是分为低速中速高速。我们的输出模式大致分两种：

  • 推挽输出（Push-pull）：这种输出类型意味着GPIO引脚可以驱动电流流向负载，并且在输出高电平和低电平时都会主动提供电流。即引脚会主动拉高电平和拉低电平。它是最常用的输出类型。

  • 开漏输出（Open-drain）：这种输出类型意味着GPIO引脚只有在输出低电平时才会提供电流（拉低电平），而在输出高电平时，它不会输出电流，而是处于高阻态（Hi-Z）。通常需要外部上拉电阻来将引脚拉到高电平。你会在使用软件IIC的时候，再看到它。

所以，笔者按照给出的这个原理图：配置为上拉的情况，确保初始化后不会立马被点亮。

很好，现在，我们终于来到了点灯！

set_ccgpio_state(&led0, CCGPIO_LOW);
​
void set_ccgpio_state(CCGPIOType* type, CCGPIOState state)
{HAL_GPIO_WritePin(type->port, type->pinType, (state ? (GPIO_PIN_SET) : (GPIO_PIN_RESET)));
}

此时此刻，我们的GPIO就会被拉到低，形成一个高低的电压差，存在的电流就把我们的LED导通了！

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