本文以STM32F051K8U6为例，主要介绍GPIO寄存器特点及应用，以及CubeMX的配置和HAL库函数的使用。

GPIO接口简介

通用输入输出接口GPIO是嵌入式系统、单片机开发过程中最常用的接口，用户可以通过编程灵活的对接口进行控制，实现对电路板上LED、数码管、按键等常用设备控制驱动，也可以作为串口的数据收发管脚，或AD的接口等复用功能使用。因此其作用和功能是非常重要的。

SoC芯片上的单个引脚可以通过配置GPIO寄存器以实现多种不同的功能，这就是多路复用。下图是芯片上GPIOA这一组端口上的引脚复用功能示意。

STM32F051-GPIO常用寄存器

4个32位配置寄存器
GPIOx_MODER, GPIOx_OTYPER, GPIOx_OSPEEDR GPIOx_PUPDR
2个32位数据寄存器
GPIOx_IDR 、GPIOx_ODR
1 个32 位置位 / 复位寄存器
GPIOx_BSRR
2 个 32 位复用功能配置寄存器
GPIOx_AFRH 、GPIOx_AFRL
注：每一组GPIO端口都有一套上述的寄存器去配置它自己的功能

MODER

GPIO 端口模式寄存器 (GPIOx_MODER) (x = A..D,F)，主要用于指定GPIO端口的工作模式。

MODER是32位寄存器，其中每两位对应一个引脚。对于每个GPIOx上的引脚y，存在位[2y+1:2y](y = 0...15)，即MODERy[1:0]，用于配置I/O口的工作模式，模式代码如下：
        00：输入模式（复位状态）
        01：通用输出模式
        10：复用功能模式
        11：模拟模式

OTYPER

GPIO 端口输出类型寄存器 (GPIOx_OTYPER) (x = A..D,F)，主要用于指定GPIO端口的输出类型。

OTYPER是32位寄存器，其中31:16为保留位，15:0为有效位，每一位二进制位对应一个引脚。对于每个GPIO上的引脚y，存在位[y](y = 0...15)，即OTy，用于配置引脚的输出类型，类型代码如下：
0：推挽输出（复位状态）
1：开漏输出

如下图所示，若将输出类型设置为推挽输出模式，则不需要外接上（下）拉电阻，直接使用输出驱动器内部的互补信号输出高低电平，且在这两种电平下都有一定的驱动能力；若将输出类型设置为开漏输出模式，则是从MOSFET的漏极输出的电路，要得到真正的高电平状态需要加上拉电阻才行，否则引脚的高电平状态为高阻态。

OSPEEDR

GPIO 口输出速度寄存器 (GPIOx_OSPEEDR) (x = A..D,F)，主要用于配置I/O口的输出速度。

OSPEEDR是32位寄存器，其中每两位对应一个引脚。对于每个GPIOx上的引脚y，存在位[2y+1:2y](y = 0...15)，即OSPEEDRy[1:0]，用于配置引脚的输出速度，代码如下：
x0：低速 2MHz
01：中速 10MHz
11：高速 50MHz
速度越高，输出效果越好，但能耗相应的也越高，因此在配置过程中根据具体应用需要选择合适的速度进行配置即可。

PUPDR

GPIO 口上拉 / 下拉寄存器 (GPIOx_PUPDR) (x = A..D,F)，用于配置引脚的上拉或下拉电阻。

PUPDR是32位寄存器，其中每两位对应一个引脚。对于每个GPIOx上的引脚y，存在位[2y+1:2y](y = 0...15)，即PUPDRy[1:0]，用于配置引脚的上拉或下拉电阻，代码如下：
00：无上拉或下拉
01：上拉
10：下拉
11：保留

IDR

GPIO 端口输入数据寄存器 (GPIOx_IDR) (x = A..D,F)，用于读取GPIO引脚的输入数据。

IDR是32位寄存器，其中31:16为保留位，15:0为有效位，每一位二进制位对应一个引脚。对于每个GPIO上的引脚y，存在位[y](y = 0...15)，即IDRy(只读)，用于读取GPIO引脚的输入数据。

ODR

GPIO 端口输入数据寄存器 (GPIOx_ODR) (x = A..D,F)，用于写入GPIO引脚的输输出数据。

ODR是32位寄存器，其中31:16为保留位，15:0为有效位，每一位二进制位对应一个引脚。对于每个GPIO上的引脚y，存在位[y](y = 0...15)，即ODRy，用于写入GPIO引脚的输出数据。

BSRR

GPIO 端口置位 / 复位寄存器 (GPIOx_BSRR) (x = A..D,F)，用于对GPIO端口进行置位/复位操作。

ODR是32位寄存器，其中31:16为端口x的复位位，15:0端口x的置位位，每一位二进制位对应一个引脚。
位31:16 BRy：对端口x的第y位进行复位操作(y = 0...15)。
这些位只写，读的时候返回0x0000。
写0：对相应的ODRy位无影响
写1：复位相应的ODRy位
位15:0 BSy：对端口x的第y位进行置位操作(y = 0...15)。
这些位只写，读的时候返回0x0000。
写0：对相应的ODRy位无影响
写1：置位相应的ODRy位
注：BRy和BSy同时写1时，BSy优先。

AFRL/AFRH

GPIO 复用功能低位寄存器 (GPIOx_AFRL) (x = A..B)，以及GPIO 复用功能高位寄存器 (GPIOx_AFRH) (x = A..B)，用于配置GPIO端口的复用功能。

位31:0 AFRLy：端口x引脚y的复用功能选择(y = 0...7)，每四位对应一个引脚，代码如下：
0000：AF0
0001：AF1
0010：AF2
0011：AF3
0100：AF4
0101：AF5
0110：AF6
0111：AF7
其他代码保留。

位31:0 AFRHy：端口x引脚y的复用功能选择(y = 8...15)，每四位对应一个引脚，代码如下：
0000：AF0
0001：AF1
0010：AF2
0011：AF3
0100：AF4
0101：AF5
0110：AF6
0111：AF7
其他代码保留。

STM32F051-GPIO输入输出配置实例（寄存器版）

由下图可知，开发板上的LED2~4分别对应GPIOB的第0号、第1号、第2号引脚，且当引脚为高电平时LED灯熄灭，引脚为低电平时LED灯点亮。

对GPIOB端口的第0号、第1号、第2号引脚进行初始化，代码如下：

    RCC->AHBENR |= 1<<18; //开启AHB外部时钟GPIOB->MODER |= (1<<0)|(1<<2)|(1<<4); //将GPIOB端口的第0号、第1号、第2号引脚配置为输出模式GPIOB->OTYPER = 0x0; //所有引脚配置为推挽输出GPIOB->OSPEEDR = 0x0; //引脚速度设置为低速

对GPIOB端口的BSRR置位/复位寄存器进行操作，使第0号、第1号、第2号引脚输出一个周期为1s的方波信号，同时LED以1s为周期闪烁，代码如下：

while (1)
{GPIOB->BSRR = (1<<16)|(1<<17)|(1<<18); // 点亮LEDHAL_Delay(500); // 延时500msGPIOB->BSRR = (1<<0)|(1<<1)|(1<<2); // 熄灭LEDHAL_Delay(500); // 延时500ms
}

由下图可知，开发板上的五向按键对应GPIOA的第8号引脚。

对GPIOA端口的第8号引脚进行初始化，代码如下：

    GPIOA->MODER &= ~(0x3<<16); //将GPIOA端口的第8号引脚配置为输入模式GPIOA->OTYPER = 0x0; //所有引脚配置为推挽输出GPIOA->OSPEEDR = 0x0; //引脚速度设置为低速

当GPIOA端口的第8号引脚为高电平时，说明有按键按下，此时可以控制某LED电平翻转。

while (1)
{while(GPIOA->IDR & (1<<8)){if(GPIOB->ODR & (1<<0))GPIOB->BSRR = (1<<16);elseGPIOB->BSRR = (1<<0);HAL_Delay(100);}
}

STM32F051-GPIO输入输出配置实例(HAL库函数版)

使用HAL库函数可以避免在配置寄存器的过程中出错，从而导致查错困难。首先使用CubeMX对HAL库进行初始化，如下图所示：

然后导出CubeMX自动生成的MDK工程，则可以在工程内看到GPIO初始化代码如下：

void MX_GPIO_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};/* GPIO Ports Clock Enable */__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();/*Configure GPIO pin Output Level */HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);/*Configure GPIO pins : PB0 PB1 PB2 */GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);}

此时，在main函数中，只需要调用如下函数就能对GPIO引脚进行操作：

HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET); // 复位PB0, PB1, PB2 即点亮LED
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET); //  置位PB0, PB1, PB2 即熄灭LED
GPIO_PinState PA8_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_8); // 读取PA8状态，返回值为GPIO_PIN_SET(按键按下)/GPIO_PIN_RESET(按键放开)

至此，GPIO的输入输出操作总结完毕。

注：本文仅由作者用于总结和记录学习ARM系列软件和Linux驱动开发的过程，未经允许请勿擅自转载，如有侵权请联系作者删除。

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