当前位置：首页 > news >正文

初学STM32之简单认识IO口配置（学习笔记）

news 来源：原创 2025/8/28 3:44:40

在使用51单片机的时候基本上不需要额外的配置IO，不过在使用特定的IO的时候需要额外的设计外围电路，比如PO口它是没有内置上拉电阻的。因此若想P0输出高电平，它就需要外接上拉电平。（当然这不是说它输入不需要上拉电阻，主要是它作为输入端的时候接收高电平就是共外围电路的上拉电阻）。

操作目标是控制STM32F103C8T6上某个IO口让其置1或者置0.

GPIO是APB2上的外设资源。

‌APB2是AMBA总线结构中的一种，主要用于低带宽的周边外设之间的连接。

APB2（Advanced Peripheral Bus 2）是ARM公司提出的AMBA总线结构之一，属于一种片上总线结构。APB2主要用于连接低速外设，如I2C、UART、SPI等，这些外设通常具有低带宽和低功耗的需求。

APB2的特点

‌低带宽‌：APB2主要用于连接低速外设，适合那些不需要高速数据传输的外设。
‌非流水作业‌：APB2的传输至少需要两个时钟周期，且数据在时钟的上升沿变化，不需要等待周期和回应信号。
‌控制逻辑简单‌：APB2只有四个控制信号，传输可以采用状态机表示，控制逻辑相对简单。

APB2与其他总线的区别

‌与AHB的区别‌：AHB是高级高性能总线，主要用于连接高性能模块如CPU、DMA和高速存储器。APB2则是用于连接低速外设。
‌与APB3和APB4的区别‌：APB3增加了PREADY和PSLVERR信号，用于反馈读和写的状态；APB4增加了PPROT和PSTRB信号，用于提供保护机制和字节选通功能。

在51单片机中如果我们要是某个IO口，比如P1.0端口输出高电平，直接赋值即可。但作为输入端就稍微麻烦点需要先赋值P1.0为高电平，再读取P1.0端口的电压。需要两步走。

GPIO作为一种外设资源，在使用它的时候要经过这么几步走，

第一步：假设要是能PC13使其输出高电平，经查得知PC13是GPIOC的编号13的IO口（按照顺序因该是第14位IO，是从0开始编的）所以第一步使能能APB2外设总线时钟寄存器

APB2这个外设使能时钟寄存器名字是RCC_APB2ENR，作为32位的单片机它的特殊功能寄存器一般也是32位，点一下APB2上的外设个数，刚好是16个，GPIOC是其中的一位，然后我们看一下手册上的描述(库函数里有21个)

确实是0-15位可控制，后16位是保留的。从他的复位值可知默认的都是0；详细查看可知

可知位4（是第5位）至1，即可使能GPIOC I/O口。即 RCC->APB2EBR = 0x00000010

= 0B 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000

第二步：GPIO和51单片机的IO口的不同之处是它的输入输出是分开的需要额外的进行功能选择的，而且对应IO口处于什么结构模式也是需要选择的，

在STM32中控制这些功能，每个IO口需要4位，16个IO就是64位，因此这些IO口的功能选择控制寄存器就分成了两个，端口控制高寄存器（CRH）和端口控制低寄存器（CRL），PC13应是由CRH控制，打开手册得知：

先看一下它的复位值：0x4444 4444 = 0b0100 0100 0100 0100 0100 0100 0100 0100

可以看到0100代表的是浮空输入模式，即STM32上电后的复位状态都是浮空输入模式。

浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）

电路结构：无内部上下拉电阻，引脚悬空。
特点：
- 电平由外部电路决定。
- 未连接外部电路时，电平可能不稳定（易受干扰）。

因此控制这个IO口我们选择0011 （通用推挽输出模式速度50HZ）即我们赋值寄存器

GPIOC->CRH = 0x0030 0000;当然这个写法是不太对,其它位我们都赋值为0了，

一般来说需要先把该处的控制位清0；即GPIOC->CRH &= 0x1101 1111；

然后再通过或运算给控制位赋值：即GPIOC->CRH |= 0x0030 0000;(1个16进制数代表4个2进制数)

第三步：选择输出高电平还是低电平，在51机中我们直接就是使用赋值语句进行赋值，如：P1.0 = 0；但是在STM32中是在专用的寄存器里操作的而且分输入和输出，端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR) (x=A..E)，端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR) (x=A..E)，目前是需要输出一个低电平，

我们是需要在位13处写0，正常情况下还是需要经过与或运算才是正确的赋值方式，这边就直接赋值其它位都置0：

GPIOC->ODR = 0x0000 0000;//输出低电平

GPIOC->ODR = 0x0000 2000//输出高电平

经过这三步我们就成功使PC13端口输出低电平或者高电平（通用推挽输出方式，50MHZ）

这是使用寄存器的方式进行操作。还有使用库函数的，库函数就不叙述了。

笔者的资料来自B站江协科技。

模式	电平特性	驱动能力	适用场景	注意事项
模拟输入	模拟信号	-	ADC/DAC	禁用数字功能
浮空输入	由外部决定	-	外部有上下拉的总线	避免悬空
下拉输入	默认低电平	-	检测高电平有效信号	外部信号需强驱动
上拉输入	默认高电平	-	检测低电平有效信号	外部信号需强驱动
推挽输出	主动驱动高 / 低电平	强	LED、高速信号	避免总线冲突
开漏输出	需外部上拉	弱	I2C、电平转换	必须外接上拉电阻
复用推挽	外设驱动高 / 低电平	强	定时器 PWM、USART_TX	需配置外设功能
复用开漏	外设驱动 + 外部上拉	弱	I2C、CAN 总线	需配置外设功能

一、输入模式

1. 模拟输入（GPIO_Mode_AIN）

电路结构：引脚直连 ADC/DAC 模块，断开内部上下拉电阻。
特点：
- 无施密特触发器，直接传递模拟信号。
- 禁止数字信号输入（无法读取高低电平）。
应用：
- ADC 电压采集（如传感器信号）。
- DAC 模拟输出（某些引脚支持）。

2. 浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）

电路结构：无内部上下拉电阻，引脚悬空。
特点：
- 电平由外部电路决定。
- 未连接外部电路时，电平可能不稳定（易受干扰）。
应用：
- 需要外部上拉或下拉的场景（如总线通信：I2C 的 SDA/SCL 需外部上拉）。
- 电平由外部设备驱动（如中断信号线）。

3. 下拉输入（GPIO_Mode_IPD）

电路结构：内部连接下拉电阻（约 20-50kΩ），默认低电平。
特点：
- 引脚悬空时，默认读取低电平。
- 外部高电平可覆盖下拉。
应用：
- 避免引脚悬空引发误触发（如按键检测低电平有效）。

4. 上拉输入（GPIO_Mode_IPU）

电路结构：内部连接上拉电阻（约 20-50kΩ），默认高电平。
特点：
- 引脚悬空时，默认读取高电平。
- 外部低电平可覆盖上拉。
应用：
- 避免引脚悬空引发误触发（如按键检测高电平有效）。

二、输出模式

5. 推挽输出（GPIO_Mode_Out_PP）

电路结构：P-MOS 和 N-MOS 组合，可主动输出高 / 低电平。
特点：
- 高电平：P-MOS 导通，输出 VDD。
- 低电平：N-MOS 导通，输出 GND。
- 驱动能力强，适合高速切换。
应用：
- 驱动 LED、继电器等负载。
- 高频信号（如 PWM、SPI 时钟）。

6. 开漏输出（GPIO_Mode_Out_OD）

电路结构：仅 N-MOS，需外部上拉电阻输出高电平。
特点：
- 高电平：N-MOS 关闭，电平由外部上拉电阻决定。
- 低电平：N-MOS 导通，输出 GND。
- 支持 “线与” 逻辑，但上升沿较慢。
应用：
- I2C、SMBUS 等总线通信。
- 电平转换（如 5V 与 3.3V 设备通信）。

7. 复用推挽（GPIO_Mode_AF_PP）

电路结构：与普通推挽相同，但输出由外设控制（如 USART、SPI）。
特点：
- 外设自动管理电平输出（如定时器 PWM、串口 TX）。
- 高驱动能力，适合高频外设。
应用：
- 外设功能引脚（如 TIMx_CHx、USART_TX）。
- 需要硬件自动控制的场景。

8. 复用开漏（GPIO_Mode_AF_OD）

电路结构：与普通开漏相同，但输出由外设控制。
特点：
- 需外部上拉电阻，支持 “线与” 逻辑。
- 由外设自动管理电平（如 I2C 的 SDA/SCL）。
应用：
- I2C、CAN 总线等复用功能。
- 多设备共享总线通信。

这是驱动电路，然后我们调用端口各个功能测试一下他们的区别：

GPIO_Mode_IPU 使PC13处于输入状态，并且内部设置上拉电阻，LED熄灭，端口电压3.2V

可以设置端口电压为低电平，这时LED会点亮不过亮度不够端口电压为1V。

GPIO_Mode_IPD 使PC13处于输入状态，并且内部设置下拉电阻，LED依然会点亮不过亮度不够

端口电压1V

GPIO_Mode_IN_FLOATING LED熄灭端口电压1.3V，推测是是驱动电流不够。
当设置IO输出端口的时候如果忘记设置频率将无法正确使IO工作，同理如果忘记设计其它参数IO口也无法正确使能？从测试结果看电压是1.3V即端口状态是之前的浮空输入状态。

使用库函数配置IO口使PC13端口输出低电平

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
int main(void)
{//RCC->APB2ENR = 0x00000010; //APB2 外设时钟使能寄存器//GPIOC->CRH = 0x00300000; //端口配置高寄存器//GPIOC->ODR = 0X00000000; //端口输出数据寄存器RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);//GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);//端口设置为1GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13); //端口设置为0while(1){}
}

GPIOpin的选择上可以用或运算：

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 ;				//GPIO引脚，赋值为0,2，3,4,6,7

库函数与对应的寄存器列举

下面的程序是PB14外部中断的初始化过程

void CountSensor_Init(void)
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//GPIOB时钟使能RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//AFIO时钟使能/*GPIO初始化 */GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU ;//上拉GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14 ;  //14位GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);    //使能GPIOB_14设置/*AFIO选择引脚*/GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource14);///*EXIT初始化*/EXTI_InitTypeDef EXIT_InitStructure;EXIT_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14 ;EXIT_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE ;EXIT_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; //选择外部中断EXIT_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling ;//下降沿EXTI_Init(&EXIT_InitStructure);//使能外部中断设置/*设置NVIC，中断优先级设置  */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 = 2 ;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2 ;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //使能NVIC中断设置

配置外部中断PB14、上拉电阻、下降沿触发。中断优先级抢占2 响应2

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//GPIOB时钟使能

寄存器 APB2ENR bit 3

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//AFIO时钟使能

寄存器 APB2ENR bit 0

GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU ;//上拉GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14 ;  //14位GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);    //使能GPIOB_14设置

见前文的说明不赘述，其中的上下拉模式要特别说明一下

由手册发现上拉/下来输入模式由同一组控制位控制，怎么区分设置呢？

输入模式下的上拉电阻和下拉电阻寄存器配置由GPIOx_ODR寄存器控制，为0则为下拉，为1则为上拉。ODR寄存器原先是数据输出寄存器。由上述的两图可以看到当配置为GPIO_Mode_IPU;时ODR14为1，下拉时为0.

/*AFIO选择引脚*/GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource14);//

AFIO（Alternate Function Input/Output）复用端口选择寄存器配置

该端口，本例采用的是中断配置因此不设置默认。

端口复用功能配置，本案都是使用主功能因此也不配置。

外部中断配置寄存器 1~4(AFIO_EXTICR1)

外部中断配置寄存器共4个，pb14使用的是第4个

AFIO_EXTICR4

因为是配置PB14因此控制的是8-11 EXTI14[3:0]位共4位控制位，因为是GPIOB 因此这4位是

0001 =0x01

EXTI_InitTypeDef EXIT_InitStructure;EXIT_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14 ;EXIT_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE ;EXIT_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; //选择外部中断EXIT_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling ;//下降沿EXTI_Init(&EXIT_InitStructure);//使能外部中断设置

配置外部中断寄存器：

● 配置 20个中断线的屏蔽位(EXTI_IMR) IMR( Interrupt Mask Register )

EXIT_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14 ;EXIT_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE ;
EXIT_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; //选择外部中断

默认是全屏蔽的，程序是使能bit14

默认是全屏蔽的即复位值是0x0000 0000. EMR(Event Mask Interrupt)

● 配置所选中断线的触发选择位 (EXTI_RTSR 和 EXTI_FTSR) ；

RTSR(Rising Trigger Selection Register),我们选择的是下降沿因此无需设置即默认。

FTSR(Falling edge Trigger Selection Register) 我们配置是bit14位因此需要设置为1

    //EXIT_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14 ;//EXIT_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE ;EXIT_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling ;//下降沿

软件中断是通过代码或者寄存器操作触发中断，之前代码中是采用GPOI触发是硬件触发中断因此无需设置即默认即可。

PR（Pull Reques），挂起寄存器是操作事件触发的，因此这里也无需设置。至此外部中断EXTI寄存器完毕。

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 = 2 ;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2 ;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //使能NVIC中断设置

至于NVIC是内核中的寄存器KEIL5中有相应的查看界面，但是里面的参数好像有点问题，以本案为

例：

未使能NVIC之前的数据，可以看到优先级分组里的选项就不符合STM32F103C8t6里的分法，使能后的数据

SCB->AIRCR根据手册因是

他的掩码是0x05FA0000，分组是2组即0x500，所以结果是0x05FA0500和这个界面里显示的也不一样，因此这里面的

然后再看一张分组1的NVIC界面是1抢占3响应

记过几次设置分组的比较可以得出以下几个结果：

这里的数据代表分组是第几组（至于组内里面的响应设置变动，不会改变这个值）

这个里面是数据 1是抢占优先级，48 = 16*3 响应优先级是3，即1抢占3响应。176不清楚，这是观察结果可能只适合STM32F103C8T6

硬件事件选择

通过下面的过程，可以配置 20 个线路为事件源

● 配置 20 个事件线的屏蔽位 (EXTI_EMR)

● 配置事件线的触发选择位 (EXTI_RTSR 和 EXTI_FTSR)

软件中断 / 事件的选择

20 个线路可以被配置成软件中断 / 事件线。下面是产生软件中断的过程：

● 配置 20 个中断 / 事件线屏蔽位 (EXTI_IMR, EXTI_EMR)

● 设置软件中断寄存器的请求位 (EXTI_SWIER)

以下来自DEEPSEEK

一、定义与核心功能

‌事件寄存器‌
- ‌功能‌：用于配置和控制硬件事件的触发条件（如边沿检测）及是否允许事件信号传递到硬件模块（如DMA、ADC等）‌。
- ‌典型寄存器‌：
  - EMR（事件屏蔽寄存器）：控制事件触发是否有效‌。
  - RTSR/FTSR（上升沿/下降沿触发选择寄存器）：配置事件的触发条件‌。
‌中断寄存器‌
- ‌功能‌：管理中断请求的触发、优先级配置及中断屏蔽状态，直接关联CPU的中断响应流程‌12。
- ‌典型寄存器‌：
  - IMR（中断屏蔽寄存器）：控制中断请求是否被CPU响应‌。
  - EXTICR（外部中断配置寄存器）：设置中断线对应的GPIO引脚及触发方式‌。

二、触发机制差异

‌特性‌	‌事件寄存器‌	‌中断寄存器‌
‌触发目标‌	直接驱动硬件模块（如DMA、ADC）	触发CPU中断服务程序（ISR）‌13
‌响应方式‌	硬件自动处理，无需CPU介入	需CPU保存现场并执行ISR‌12
‌典型应用‌	低延迟数据传输、周期性触发操作	异步任务处理、紧急事件响应‌23

三、配置流程对比

‌事件寄存器配置示例‌
- 通过RTSR设置上升沿触发事件。
- 通过EMR使能事件触发，信号直接传递至外设模块‌。
‌中断寄存器配置示例‌
- 通过EXTICR绑定GPIO引脚到中断线。
- 通过IMR使能中断请求，并设置NVIC优先级‌。

四、关键设计差异

‌事件寄存器‌：
- 通过硬件链路实现快速响应，适用于实时性要求高且无需复杂逻辑的场景‌。
- 典型应用：DMA触发、定时器同步‌23。
‌中断寄存器‌：
- 依赖CPU介入，适合需要执行复杂逻辑或修改程序流程的场景‌。
- 典型应用：按键检测、通信协议处理‌。

五、总结

‌事件寄存器‌通过硬件链路实现快速响应，‌中断寄存器‌依赖CPU处理异步任务‌。
两者常结合使用，例如：事件触发DMA传输，传输完成后通过中断通知CPU‌23。

● 配置对应到外部中断控制器 (EXTI) 的 NVIC 中断通道的使能和屏蔽位，使得 20 个中断线中的

请求可以被正确地响应。