简介
GPIO（General Purpose Input/Output，通用输入输出）是单片机最基础、最常用的功能之一，几乎所有的单片机应用都离不开GPIO的使用。STM32F407 系列芯片提供了丰富的GPIO资源，每个GPIO引脚都可以配置为不同的工作模式，支持推挽输出、开漏输出、上拉输入、下拉输入等多种功能。本文从GPIO的基本原理出发，详细讲解STM32F407 GPIO的配置方法、代码实现、工作模式以及实际应用案例，帮助你快速掌握GPIO的使用技巧。
一、GPIO核心概念与分类
1.1 基本概念
GPIO是单片机与外部世界交互的桥梁，通过GPIO引脚，单片机可以：
- 输出控制信号：如控制LED亮灭、继电器吸合、电机转动等
- 读取外部信号：如读取按键状态、传感器数据、外部中断等
- 复用为外设功能：如串口、SPI、I2C等外设的通信引脚
1.2 STM32F407 的 GPIO 资源
STM32F407 系列芯片共有 144 个引脚，其中大部分是GPIO引脚，分布在多个GPIO端口中：
| GPIO端口 | 引脚数量 | 端口时钟 | 备注 |
|---|---|---|---|
| GPIOA | 16 | RCC_AHB1Periph_GPIOA | 包含PA0-PA15 |
| GPIOB | 16 | RCC_AHB1Periph_GPIOB | 包含PB0-PB15 |
| GPIOC | 16 | RCC_AHB1Periph_GPIOC | 包含PC0-PC15 |
| GPIOD | 16 | RCC_AHB1Periph_GPIOD | 包含PD0-PD15 |
| GPIOE | 16 | RCC_AHB1Periph_GPIOE | 包含PE0-PE15 |
| GPIOF | 16 | RCC_AHB1Periph_GPIOF | 包含PF0-PF15 |
| GPIOG | 16 | RCC_AHB1Periph_GPIOG | 包含PG0-PG15 |
| GPIOH | 2 | RCC_AHB1Periph_GPIOH | 仅包含PH0-PH1 |
二、GPIO工作模式与配置
2.1 工作模式
STM32F407 的 GPIO 共有 8 种工作模式，可分为输入模式和输出模式两大类：
输入模式：
- 浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）：引脚悬空，电平不确定，易受干扰
- 上拉输入（GPIO_Mode_IPU）：内部上拉电阻，默认高电平
- 下拉输入（GPIO_Mode_IPD）：内部下拉电阻，默认低电平
- 模拟输入（GPIO_Mode_AN）：用于ADC采样，引脚直接连接到ADC模块
输出模式：
- 推挽输出（GPIO_Mode_OUT_PP）：可以输出高电平和低电平，驱动能力强
- 开漏输出（GPIO_Mode_OUT_OD）：只能输出低电平，高电平需要外部上拉电阻
- 复用推挽输出（GPIO_Mode_AF_PP）：用于外设功能，如串口TX
- 复用开漏输出（GPIO_Mode_AF_OD）：用于外设功能，如I2C通信
2.2 配置步骤
使用标准库配置GPIO的基本步骤：
- 使能GPIO端口时钟
- 配置GPIO引脚的工作模式
- 配置GPIO引脚的输出速度（仅输出模式需要）
- 配置GPIO引脚的上下拉电阻（可选）
2.3 代码实现
#include"stm32f4xx.h"/** * @brief 初始化GPIOA_Pin0为推挽输出 * @param 无 * @retval 无 */voidGPIOA_Pin0_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 1. 使能GPIOA时钟RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);// 2. 配置GPIOA_Pin0GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_OUT;GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_NOPULL;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;// 3. 初始化GPIOAGPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);}/** * @brief 初始化GPIOB_Pin1为上拉输入 * @param 无 * @retval 无 */voidGPIOB_Pin1_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 1. 使能GPIOB时钟RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);// 2. 配置GPIOB_Pin1GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN;GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;// 输入模式下此参数无效GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;// 输入模式下此参数无效// 3. 初始化GPIOBGPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);}/** * @brief 设置GPIO引脚输出高电平 * @param GPIOx: GPIO端口，如GPIOA、GPIOB等 * @param GPIO_Pin: GPIO引脚，如GPIO_Pin_0、GPIO_Pin_1等 * @retval 无 */voidGPIO_SetPinHigh(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin){GPIO_SetBits(GPIOx,GPIO_Pin);}/** * @brief 设置GPIO引脚输出低电平 * @param GPIOx: GPIO端口，如GPIOA、GPIOB等 * @param GPIO_Pin: GPIO引脚，如GPIO_Pin_0、GPIO_Pin_1等 * @retval 无 */voidGPIO_SetPinLow(GPIO_TypeDef*<
