GPIO
IO口是怎么工作的呢?
up的视频讲解:
1 GPIO 原理
1.1 GPIO简介
GPIO(General Purpose Input Output)通用I/O端口, 是STM32芯片与外部设备的电气接口, 通过它可以实现 设备控制信息采集以及 与外部设备的通信
STM32F103C8T6只有 3 组 GPIO：GPIOA、GPIOB、GPIOC，每组标准 16 个引脚（编号 0~15，标注 PAx/PBx/PCx），但C8T6 是小容量封装，部分引脚未引出.
1.2 GPIO的工作模式
GPIO口的方向可分为输入和输出两个方向, 每个方向下又分为自身功能和复用功能 两类 ( GPIO 作为内置外设使用的时候，就叫做复用)
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输入 输入很显然由外部决定, 这里配置的意义在于给一个初始电压
- Input floating 浮空
- Input pull-up 上拉
- Input-pull-down 下拉
- Analog 模拟输入
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输出
- Output push-pull 推挽
- Output open-drain 开漏
- Alternate function push-pull 复用推挽
- Alternate function open-drain 复用开漏
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输出速度(3档)
- 低速 2MHz
- 中速 10MHz
- 高速 50MHz
总结 : 输入 - 确定初始状态(3种) 模拟输入(1种) 输出 - 开漏输出/推挽输出(2种) 复用开漏/推挽(2种)
1.3 GPIO结构
这是GPIO的硬件结构框图，可以从这个框图中清晰的了解GPIO外设,各种模式，最右端的I/O引脚就是STM32芯片引出的GPIO引脚，其它的部件都位于芯片内部。
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_FT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
上拉、下拉电阻：控制引脚默认状态的电压，开启上拉的时候引脚默认电压为高电平，开启下拉的时候引脚默认电压为低电平
TTL施密特触发器：基本原理是当输入电压高于正向阈值电压，输出为高；当输入电压低于负向阈值电压，输出为低；IO口信号经过触发器后，模拟信号转化为0和1的数字信号 也就是高低电平 并且是TTL电平协议 这也是为什么STM32是TTL电平协议的原因
P-MOS管和N-MOS管：信号由P-MOS管和N-MOS管，依据两个MOS管的工作方式，使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式 P-MOS管高电平导通，低电平关闭，下方的N-MOS低电平导通，高电平关闭
1.4 GPIO四种输入模式
我们所用到的每一个GPIO其内部结构都是这样，分别对应着GPIO的八种模式 这里我们简单的介绍下：
浮空输入模式
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GPIO作为输入功能的浮空输入时，电信号由外部流向内部的，从结构图的右侧往左侧看
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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。MCU直接读取I/O口电平，I/O的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；
上拉输入模式
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上拉输入和浮空输入的区别就是多了一个上拉电阻，这样GPIO在没有连接外部部件时的默认电平是高电平，其它流程和原来一样。
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IO内部接上拉电阻，此时如果IO口外部没有信号输入或者引脚悬空，IO口默认为高电平 如果I/O口输入低电平，那么引脚就为低电平，MCU读取到的就是低电平
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原因是:STM32的内部上拉是"弱上拉"，即通过此上拉输出的电流是很弱的，所以有外部输入是, 电平由外部决定
下拉输入模式
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下拉输入和浮空输入的区别就是多了一个下拉电阻，这样GPIO在没有连接外部部件时的默认电平是低电平，其它流程和原来一样。
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内部接下拉电阻，此时如果IO口外部没有信号输入或者引脚悬空，IO口默认为低电平 如果I/O口输入高电平，那么引脚就为高电平，MCU读取到的就是高电平
模拟输入模式
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模拟输入模式和其它三种输入模式不同，它的外部电平信号没有流入输入数据寄存器，而是直接流入模拟输入部分。模拟输入一般是用来ADC读取和转换的。
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当GPIO引脚用于ADC采集电压的输入通道时，用作"模拟输入"功能，此时信号不经过施密特触发器，直接直接进入ADC模块，并且输入数据寄存器为空 ，CPU不能在输入数据寄存器上读到引脚状态
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当GPIO用于模拟功能时，引脚的上、下拉电阻是不起作用的，这个时候即使配置了上拉或下拉模式，也不会影响到模拟信号的输入输出
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除了 ADC 和 DAC 要将 IO 配置为模拟通道之外其他外设功能一律 要配置为复用功能模式
1.5 GPIO四种输出模式
开漏输出模式
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GPIO输出时，电信号从内部流向外部，从结构图的左侧往右侧看
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开漏模式下,
P-MOS始终断开, 只有N-MOS工作 -
如果我们控制输出为0，低电平，则P-MOS管关闭，N-MOS管导通，使输出低电平，I/O端口的电平就是低电平
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若控制输出为1时，高电平，则P-MOS管和N-MOS管都关闭，输出指令就不会起到作用，此时I/O端口的电平就不会由输出的高电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定 如果没有上拉或者下拉 IO口就处于悬空状态
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并且此时施密特触发器是打开的，即输入可用
- MOS 管有栅极 (基极)、漏极 (集电极)、源极 (发射极)
- 开漏 = 漏极对外开路（只接内部 N-MOS 管漏极，不接上拉电源）
推挽输出模式
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推挽模式下,
P-MOS和N-MOS都受输出控制逻辑驱动 -
如果我们控制输出为0，低电平，则P-MOS管关闭，N-MOS管导通，使输出低电平，I/O端口的电平就是低电平
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若控制输出为1 高电平，则P-MOS管导通N-MOS管关闭，使输出高电平，I/O端口的电平就是高电平，外部上拉和下拉的作用是控制在没有输出时IO口电平
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此时施密特触发器是打开的，即输入可用
复用开漏输出
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开漏复用输出和开漏输出的区别在于信号来源，复用的来源不是内部直接通过输出数据寄存器写的，而是由复用功能的外设决定的
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输出数据寄存器无效, 输出的高低电平的来源于其它外设
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施密特触发器打开，输入可用，通过输入数据寄存器可获取I/O实际状态
复用推挽输出
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推挽复用输出和推挽输出的区别也在于信号来源，其信号来源是由复用功能相关的通信通道来控制
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GPIO复用为其他外设,输出数据寄存器无效,输出的高低电平的来源于其它外设
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施密特触发器打开，输入可用，通过输入数据寄存器可获取I/O实际状态
开漏输出比推挽输出少用了一个P-MOS, 它的意义在于
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开漏输出只可输出低电平，要得到高电平状态需要上拉电阻才行
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开漏输出一般应用在I2C等需要“线与”功能的总线电路中。
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除此之外，还用在电平不匹配的场合，如需要输出5伏的高电平，就可以在外部接一个上拉电阻，上拉电源为5伏
2 GPIO 常用寄存器
STM32的每组GPIO都包含7个寄存器，分别是：
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IDR- Input data register(输入数据寄存器):锁存引脚的实时电平状态, 供 CPU 读取 -
ODR- Output data register (输出数据寄存器):存储 CPU 要输出的目标电平状态 -
BSRR/BRR- Bit set/reset registers ( 置位 / 复位寄存器):原子操作置位 / 复位引脚, 避免多任务冲突
剩下三个在GPIO的框架图里面没有标注出来
GPIOx_CRL- Port configuration register low(端口配置低寄存器): 用于配置第八位引脚的模式(PIN0到PIN7引脚)
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该寄存器使用了32位, 每个引脚对应4位去配置, 所以一个寄存器对应8个引脚
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四位中, 低两位叫MODE, 高两位叫CNF
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低两位MODE的信息分别控制引脚的输入输出方向, 和输出速度
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高两位CNF的信息分别控制 输入/输出方向下的 四种模式
GPIOx_CRH- Port configuration register high (端口配置高寄存器) 该寄存器配置信息和上面的一样, 用于配置高八位引脚(PIN8到PIN15)
3 GPIO 常用函数
3.1 GPIO配置函数
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; /*选择Pin9引脚*/