速通STM32-基础篇-GPIO

这是一篇针对电子类专业学生自学STM32嵌入式的入门指南。文章首先提供了Keli Arm+STM32cubeMX开发环境的下载链接，重点讲解了GPIO的基本概念和工作原理，包括8种工作模式（输出/输入模式、推挽/开漏模式等）及其应用场景。通过LED闪烁实验和按键控制LED实验的代码示例，帮助读者理解GPIO的基本操作。文中特别强调了对GPIO输出速度的选择原则，并推荐了B站铁头山羊老师的教学资源作

potato1w

2105人浏览 · 2025-06-21 21:56:24

potato1w · 2025-06-21 21:56:24 发布

阅读小tips！（Look at my eyes!）

本篇基于电子类大学生自主学习嵌入式的学习总结，知识点理解输出较于浅显，只适用于深入学习stm32前的一些理解和引导，或是大学期末前一周速通，若要深入学习嵌入式，可借助阅读本篇来搭建一个入门嵌入式的框架，而后想深入可转战b站等学习网站，有更多的大牛在等待你！

一. 环境搭建

本篇学习使用市面上常用的KeliArm+STM32cubeMX！

博主已将下载链接放在下行，有需要自行下载！包括 isp，以及博主认为好用的串口助手 !

通过网盘分享的文件：环境
链接: https://pan.baidu.com/s/1kbvOHSh7MQoJGi6vWw9fSA?pwd=2weg 提取码: 2weg

下载方面的教程可自行移步到b站大学！博主（交学费版）在此感谢up主铁头山羊老师！

博主的学习笔记中摘取了铁头山羊老师的讲义，有需要可异步至b站听取老师视频教程！

二. GPIO

1. 什么是GPIO？

初学者总疑问GPIO到底代表什么？其实并没有那么深奥，就是简单的英文代称如下：

没错，就是这么简单直白，GPIO就是MCU上一种片上外设。初学者不妨先这么理解，CPU控制GPIO输入0/1，通过引脚向外界输出高电平或低电平，或通过外部信号输入至内部寄存器。

2. GPIO的八种工作模式

八种工作模式：

输出模式：

通用模式：如下图，通过CPU直接输出0/1，控制引脚输出高低电平。

复用模式：如下图，通过其他片上外设来控制引脚输出高低电平。

推挽模式：

提示：Vdd（voltage drain drain）- 高电压，此处为3.3V

Vss（voltage source source）- 此处为GND

推挽模式中：P-MOS 与 N-MOS 交替导通！！！

推（推出）模式中：

CPU输出1，内置P-MOS导通，N-MOS断开，电流从Vdd输入，IO口连接高电压，输出高电平。

挽（挽留）模式中：

CPU输出0，内置P-MOS断开，N-MOS导通，电流流向Vss，IO口连接GND，输出低电平。

开漏模式：

为何称为开漏？

如下图中，IO口连接 P-MOS 源极与 N-MOS 漏极，在此模式下，P-MOS 恒断开，由于IO口

连接 N-MOS 漏极，即称为开漏模式。

开漏模式：

当CPU输出0，内置P-MOS断开，N-MOS导通，电流流向Vss，IO口连接GND，输出低电平。

当CPU输出1，内置P-MOS断开，N-MOS断开，IO口上无电流，此时R无穷大，称为高阻态。

输入模式：

外界方波信号通过IO口输入至内部经过施密特触发器（想学的深入数字电路）将高电平转化为1，将低电平转化为0，不过不用担心，在这里可以将施密特触发器看做无穷大电阻，电流趋近于0。

输入上拉：

IO口输入高电平，经过转换，向输入数据寄存器中写1 。

输入下拉：

IO口输入低电平，经过转换，向输入数据寄存器中写0 。

保护二极管作用：

防止静电，当外部输入携带正电荷时，电流从IO口通过上方二极管流向Vdd。

当外部输入携带负电荷时，电流从Vss通过下方二极管流向IO口。

上拉电阻和下拉电阻：

当IO口为输入浮空状态时，若上拉电阻使能，给电路提供默认高电压，将施密特触发器看做无穷大电阻，则此处分得高电压，将此处电压转化为1，写入输入数据寄存器。

若下拉电阻使能，给电路提供默认低电压，同理此处分得低电压，将此处电压转化为0，写入输入数据寄存器。

3.GPIO的最大输出速度

什么是IO的最大输出速度呢？

理想如图所示，但现实情况并非如此。

在实际的向IO写0/1时，电压并不能瞬间从3.3V切换至0V，而是有上升时间，下降时间，以及真正有效的电压转换的保持时间。上升时间与下降时间越短，IO的最大输出速度也就越大。

如下图所示中：

但随着上升时间下降时间的变短，上升下降坡度越来越陡，保持时间趋向0时，则不能采集到实际的电压变化，在保持时间内电压状态才能正常采集。

STM32中共有三种输出速度：

低速 = 1/（125+250+125）ns = 2MHz

中速 = 1/（25+50+25）ns = 10MHz

高速 = 1/（5+10+5）ns = 50MHz

提示：在配置输出速度时，并不是速度越快越好，而是要选取满足要求的最小值

这是由于

过于陡峭的边沿会增加功耗(耗电过大)，并引入EMI问题（对其他电子元器件产生电磁干扰）。

GPIO的输出实验

基于标准库实现，LED灯的闪烁实验：

LED灯的推挽接法 LED灯的开漏接法

限流电阻的作用：

通过发光二级管的电流通常为2-10mA，限流电阻将电流控制在此范围内，保护二极管。

LED实验代码部分（main）

模版链接：https://pan.baidu.com/s/1kcKd063anDtFZ1gG97cOKg?pwd=3kvt 提取码:3kvt

tips：铁头山羊老师的模版，应用标准库，另添加了PAL库。

LED原理图如下：

伪代码：

//1.开启GPIOC时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);

为何要开启GPIOC的时钟？

MCU为节省功耗，默认情况下，部分片上外设时钟处于关闭状态，需要手动使能。

//2.初始化IO引脚，PC13通用输出开漏模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);

LED间隔0.1s闪烁

#include <delay.h> //PAL库
while(1)
{
    GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_RESET);//亮
    Delay(100);
    GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_SET);//灭
    Delay(100);
}

GPIO的输入实验

基于标准库实现，通过按钮控制LED亮灭。采用上方LED，此处默认LED已初始化。

//1.开启GPIOA时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);

//2.初始化IO引脚，PA1采用输入上拉模式
//GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};//可省略

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
//GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

按键主函数，按下点亮，松开熄灭


while(1)
{
   if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1)==Bit_RESET)//按下
    {
        GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_RESET);//亮
    }

  else
    {
        GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_SET);//灭
    }
}