STM32F0系列GPIO配置与使用

引言

GPIO（General Purpose Input/Output）是STM32F0系列单片机中最基础的外设之一。通过GPIO，单片机可以与其他外部设备进行交互，实现输入和输出功能。本节将详细介绍STM32F0系列GPIO的配置和使用方法，包括引脚配置、模式设置、输出控制和输入读取等。

GPIO概述

STM32F0系列单片机的GPIO是高度灵活的，每个GPIO端口最多有16个引脚。这些引脚可以被配置为多种模式，包括输入、输出、复用功能和模拟功能。GPIO的配置通常涉及以下几个步骤：

1. 使能GPIO端口的时钟。

2. 配置GPIO引脚的模式。

3. 配置GPIO引脚的速度、输出类型和上拉/下拉电阻。

4. 读取或设置GPIO引脚的值。

GPIO端口和引脚

STM32F0系列单片机的GPIO端口通常用字母A、B、C、D、E等表示，每个端口有16个引脚，用数字0-15表示。例如，GPIOA端口的引脚0表示为PA0。

GPIO寄存器

GPIO的配置和操作主要通过以下几个寄存器进行：

• GPIOx_MODER：模式寄存器，用于配置GPIO引脚的模式。

• GPIOx_OTYPER：输出类型寄存器，用于配置输出类型（推挽或开漏）。

• GPIOx_OSPEEDR：输出速度寄存器，用于配置输出速度。

• GPIOx_PUPDR：上拉/下拉寄存器，用于配置上拉或下拉电阻。

• GPIOx_ODR：输出数据寄存器，用于设置GPIO引脚的输出值。

• GPIOx_IDR：输入数据寄存器，用于读取GPIO引脚的输入值。

• GPIOx_BSRR：位设置/复位寄存器，用于设置或复位GPIO引脚的值。

• GPIOx_LCKR：锁定寄存器，用于锁定GPIO配置。

GPIO配置步骤

1. 使能GPIO端口的时钟

在配置GPIO之前，首先需要使能相应的GPIO端口的时钟。STM32F0系列单片机的时钟控制寄存器位于RCC（Reset and Clock Control）模块中。例如，使能GPIOA端口的时钟可以使用以下代码：

// 使能GPIOA端口的时钟

RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_GPIOAEN;

2. 配置GPIO引脚的模式

GPIO引脚的模式可以配置为输入、输出、复用功能或模拟功能。模式配置通过GPIOx_MODER寄存器进行。每个引脚有2位来表示模式，具体含义如下：

• 00：输入模式

• 01：输出模式

• 10：复用功能模式

• 11：模拟模式

例如，配置PA0引脚为输出模式：

// 配置PA0引脚为输出模式

GPIOA->MODER &= ~(0x3 << (0 * 2)); // 清除PA0的模式位

GPIOA->MODER |= (0x1 << (0 * 2));  // 设置PA0为输出模式

3. 配置GPIO引脚的速度

GPIO引脚的输出速度可以配置为低速、中速、高速或超高速。速度配置通过GPIOx_OSPEEDR寄存器进行。每个引脚有2位来表示速度，具体含义如下：

• 00：低速

• 01：中速

• 10：高速

• 11：超高速

例如，配置PA0引脚为高速输出：

// 配置PA0引脚为高速输出

GPIOA->OSPEEDR &= ~(0x3 << (0 * 2)); // 清除PA0的速度位

GPIOA->OSPEEDR |= (0x2 << (0 * 2));  // 设置PA0为高速输出

4. 配置GPIO引脚的输出类型

GPIO引脚的输出类型可以配置为推挽（Push-Pull）或开漏（Open-Drain）。输出类型配置通过GPIOx_OTYPER寄存器进行。每个引脚有1位来表示输出类型，具体含义如下：

• 0：推挽输出

• 1：开漏输出

例如，配置PA0引脚为推挽输出：

// 配置PA0引脚为推挽输出

GPIOA->OTYPER &= ~(0x1 << 0); // 清除PA0的输出类型位

5. 配置GPIO引脚的上拉/下拉电阻

GPIO引脚的上拉/下拉电阻可以配置为上拉、下拉、无上拉/下拉。上拉/下拉电阻配置通过GPIOx_PUPDR寄存器进行。每个引脚有2位来表示上拉/下拉电阻，具体含义如下：

• 00：无上拉/下拉

• 01：上拉

• 10：下拉

• 11：保留

例如，配置PA0引脚为上拉电阻：

// 配置PA0引脚为上拉电阻

GPIOA->PUPDR &= ~(0x3 << (0 * 2)); // 清除PA0的上拉/下拉位

GPIOA->PUPDR |= (0x1 << (0 * 2));  // 设置PA0为上拉电阻

GPIO操作

1. 设置GPIO引脚的输出值

设置GPIO引脚的输出值通过GPIOx_ODR寄存器进行。每个引脚有1位来表示输出值，0表示低电平，1表示高电平。例如，设置PA0引脚为高电平：

// 设置PA0引脚为高电平

GPIOA->ODR |= (0x1 << 0);

2. 读取GPIO引脚的输入值

读取GPIO引脚的输入值通过GPIOx_IDR寄存器进行。每个引脚有1位来表示输入值，0表示低电平，1表示高电平。例如，读取PA0引脚的输入值：

// 读取PA0引脚的输入值

uint32_t value = GPIOA->IDR & (0x1 << 0);

if (value) {

    // PA0引脚为高电平

} else {

    // PA0引脚为低电平

}

3. 使用位设置/复位寄存器

GPIOx_BSRR寄存器可以用于设置或复位GPIO引脚的值，而不需要读取和修改整个寄存器。例如，设置PA0引脚为高电平，同时复位PA1引脚为低电平：

// 设置PA0引脚为高电平，同时复位PA1引脚为低电平

GPIOA->BSRR = (0x1 << 0) | (0x1 << (1 + 16));

实例：控制LED灯

假设我们有一个LED灯连接到PA0引脚，我们将通过GPIO配置和操作来控制LED灯的亮灭。

硬件连接

• LED灯阳极连接到PA0引脚。

• LED灯阴极通过一个限流电阻连接到GND。

代码示例

#include "stm32f0xx.h"



void GPIO_Init(void) {

    // 使能GPIOA端口的时钟

    RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_GPIOAEN;



    // 配置PA0引脚为推挽输出模式，高速

    GPIOA->MODER &= ~(0x3 << (0 * 2)); // 清除PA0的模式位

    GPIOA->MODER |= (0x1 << (0 * 2));  // 设置PA0为输出模式



    GPIOA->OSPEEDR &= ~(0x3 << (0 * 2)); // 清除PA0的速度位

    GPIOA->OSPEEDR |= (0x2 << (0 * 2));  // 设置PA0为高速输出



    GPIOA->OTYPER &= ~(0x1 << 0); // 设置PA0为推挽输出



    GPIOA->PUPDR &= ~(0x3 << (0 * 2)); // 清除PA0的上拉/下拉位

    GPIOA->PUPDR |= (0x0 << (0 * 2));  // 设置PA0为无上拉/下拉

}



void LED_Toggle(void) {

    // 切换PA0引脚的输出值

    GPIOA->ODR ^= (0x1 << 0);

}



int main(void) {

    // 初始化GPIO

    GPIO_Init();



    while (1) {

        // 切换LED灯状态

        LED_Toggle();



        // 延时1秒

        for (volatile uint32_t i = 0; i < 1000000; i++);

    }

}

代码解释

1. GPIO_Init函数：

   • 使能GPIOA端口的时钟。

   • 配置PA0引脚为输出模式。

   • 配置PA0引脚为高速输出。

   • 配置PA0引脚为推挽输出。

   • 配置PA0引脚为无上拉/下拉。

2. LED_Toggle函数：

   • 使用异或操作切换PA0引脚的输出值。如果PA0引脚当前为高电平，则切换为低电平；如果当前为低电平，则切换为高电平。

3. main函数：

   • 初始化GPIO。

   • 进入无限循环，每1秒切换一次LED灯的状态。

实例：读取按键状态

假设我们有一个按键连接到PA1引脚，我们将通过GPIO配置和操作来读取按键的状态。

硬件连接

• 按键一端连接到PA1引脚。

• 按键另一端连接到GND。

• PA1引脚通过一个上拉电阻连接到VCC。

代码示例

#include "stm32f0xx.h"



void GPIO_Init(void) {

    // 使能GPIOA端口的时钟

    RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_GPIOAEN;



    // 配置PA1引脚为输入模式，上拉电阻

    GPIOA->MODER &= ~(0x3 << (1 * 2)); // 清除PA1的模式位

    GPIOA->MODER |= (0x0 << (1 * 2));  // 设置PA1为输入模式



    GPIOA->PUPDR &= ~(0x3 << (1 * 2)); // 清除PA1的上拉/下拉位

    GPIOA->PUPDR |= (0x1 << (1 * 2));  // 设置PA1为上拉电阻

}



uint32_t Read_Button(void) {

    // 读取PA1引脚的输入值

    return GPIOA->IDR & (0x1 << 1);

}



int main(void) {

    // 初始化GPIO

    GPIO_Init();



    while (1) {

        // 读取按键状态

        uint32_t button_state = Read_Button();



        if (button_state) {

            // 按键未按下

            // 可以在这里添加未按下时的处理代码

        } else {

            // 按键按下

            // 可以在这里添加按下时的处理代码

        }



        // 延时100毫秒

        for (volatile uint32_t i = 0; i < 100000; i++);

    }

}

代码解释

1. GPIO_Init函数：

   • 使能GPIOA端口的时钟。

   • 配置PA1引脚为输入模式。

   • 配置PA1引脚为上拉电阻。

2. Read_Button函数：

   • 读取PA1引脚的输入值。如果按键按下，PA1引脚将被拉低，返回0；如果按键未按下，PA1引脚将保持高电平，返回1。

3. main函数：

   • 初始化GPIO。

   • 进入无限循环，每100毫秒读取一次按键状态，并根据按键状态执行相应的处理代码。

结语

通过本节的学习，您应该能够理解STM32F0系列单片机GPIO的基本配置和操作方法。通过实际的代码示例，您可以更好地掌握如何使用GPIO来控制LED灯和读取按键状态。接下来，我们将继续探讨STM32F0系列单片机的其他外设和功能。