GPIO（General Purpose Input/Output，通用输入/输出），简单总结一下，虽然很简单=。=

1.逻辑电平与高组态

1.1 逻辑电平（Logic Level）

在数字电路中，信号通常只有两种状态：

状态	英文	代表电压	说明
高电平	High (逻辑1)	STM32/ESP32等为约 3.3V	电路中的“开”状态，表示逻辑1
低电平	Low (逻辑0)	0V	电路中的“关”状态，表示逻辑0

• 具体电压值会根据单片机型号和供电电压不同而变化（如5V逻辑、3.3V逻辑等）。
• 高电平和低电平是数字信号的基础。

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1.2 高阻态（High Impedance，Hi-Z）

• 定义：高阻态相当于引脚断开，输出端口不驱动电流，阻抗非常大，类似“断路”。
• 效果：
  • 不向外输出任何信号。
  • 外部电路无法通过该引脚吸收或送出电流。
• 举例：
  • 电压表的两个表笔之间就处于高阻态，电压表不会影响电路。
  • 三态总线（3-state bus）中的第三种状态就是高阻态。

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1.3 STM32 GPIO 的三种主要状态

GPIO 状态	作用说明
输出高电平	引脚输出3.3V，连接负载为高电平
输出低电平	引脚输出0V，连接负载为低电平
高阻态（输入）	引脚不驱动电压，处于输入模式，外部信号决定电平

• 输出模式：单片机控制引脚强制输出高或低电平。
• 输入模式：引脚不主动输出，处于高阻态，等待外部信号输入。

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2.最简单的实验 - 点灯

先看一下板子（nucleo_144pins官方板卡）某个灯，注意引脚接地，那么GPIO输出高电平会点亮该LED：

对应PB7。这里直接打开的是官方的mx demo文件：

这个mx配置中，灯已经提前配置好了：

注意这个User Label的名字直接对应到程序中是可以找到宏定义的：

让它闪烁起来吧：

void StartDefaultTask(void *argument)
{
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    HAL_GPIO_WritePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin, GPIO_PIN_SET);
    osDelay(1000);
    HAL_GPIO_WritePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin, GPIO_PIN_RESET);  
    osDelay(1000);
  }
}

3.GPIO配置

首先GPIO可配置为三种方式：GPIO_Input、GPIO_Output和GPIO_Analog，如下图：

区分：

还有一个GPIO_EXTIx，GPIO_EXTI 即 GPIO External Interrupt，是指通过GPIO引脚触发的外部中断。
它允许单片机在检测到某个GPIO引脚上的电平变化（上升沿、下降沿或双边沿）时，立即响应并进入中断服务程序。

3.1 GPIO_Input 输入

随便选一个端口，配置成输入模式：

• Pull-Up（上拉）：通过内部电阻将引脚电平“拉高”到逻辑高电平（3.3V），防止引脚悬空（浮空）导致电平不稳定。
• Pull-Down（下拉）：通过内部电阻将引脚电平“拉低”到逻辑低电平（0V），同样防止悬空。
• No Pull（无上下拉）：不使用任何内部电阻，电平由外部电路决定。

在GPIO_Input模式中，当外部没有主动驱动信号时（比如开关断开、悬空），上拉/下拉电阻能保证输入端口有确定的电平，避免噪声和误触发。
防止“浮空”状态引起的随机电平跳变和不稳定输入。例如，按键未按下时，输入引脚没有外部信号，内置上拉使引脚保持“高”电平。

按键输入常用 Pull-Up（按下时引脚接地，未按时内部上拉保持高电平）。 有些传感器或信号线可能用 Pull-Down。

【内置上下拉电阻的问题】
内置上下拉电阻的阻值
在 STM32 中，内置上下拉电阻的阻值一般为 30∼50kΩ（部分提供给 USB 使用的引脚会内置较小的上拉电阻，请参考芯片数据手册），阻值较大，因此不会出现上拉电阻阻值过小导致的问题。但是，阻值较大，因此会导致上升时间过长。比如，内置上拉电阻通常不适合用于 I2C 总线。

3.2 GPIO_Output 输出

来看一下MX中可配置的项：

代码调用：

HAL_GPIO_WritePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin, GPIO_PIN_SET);
GPIO_PinState state = HAL_GPIO_ReadPin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_TogglePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin); //翻转电平

3.2.1 GPIO output level （GPIO输出电平）

配置GPIO引脚初始化后的默认输出电平。

• Low：初始化时输出低电平（0V，逻辑0）。
• High：初始化时输出高电平（3.3V，逻辑1）。

【注意】
只有当GPIO工作在输出模式（如推挽输出）时，此设置才生效。
该设置决定芯片上电或复位后，GPIO引脚的初始状态。

3.2.2 GPIO mode

定义GPIO引脚的工作模式。

• 推挽输出
  当配置为推挽输出（Push-pull Output）时，单片机可以输出「低电平」（GPIO_PIN_RESET）或「高电平」（GPIO_PIN_SET）。

• 开漏输出
  当配置为开漏输出（Open-drain Output）时，单片机可以输出「低电平」（GPIO_PIN_RESET）或「高阻态」（GPIO_PIN_SET），高阻态下，相当于断开，所以外部电路无法通过该引脚吸收或送出电流。

3.2.3 GPIO Pull-up/Pull-down

在输出模式下，该选项一般无作用，设置为下面即可：

3.2.4 Max output speed “变化速率”

指 GPIO 引脚输出电平变化时的上升沿和下降沿的陡峭程度，即信号切换的“速度”或“带宽”。
这里的“速度”不是指时钟频率，而是指输出信号在物理线上电压变化的快慢（上升时间和下降时间）。

3.2.5 读取GPIO状态

在输出模式下，我们仍然可以读取到 GPIO 的外部真实状态为高电平还是低电平，这在开漏模式下尤为有用。

在开漏模式下，如果输出「高阻态」（GPIO_PIN_SET），那么相当于单片机对外部电路没有影响，此时外部电路的电平由外部电路自身决定，而我们可以通过读取 GPIO 的状态来判断外部电路的真实电平状态。

3.3 GPIO EXTI

当 GPIO 引脚的电平发生变化时，CPU 可以通过中断或者事件的方式来感知到这个变化。

中断方式可以进入中断函数，
但事件方式不触发中断，不会进入中断函数，它是直接硬件触发的，响应速度快且不打断CPU执行。

3.3.1 MX配置

选项	类型	触发边沿	触发机制	典型用途
External Interrupt Mode with Rising edge …	外部中断	上升沿	触发中断，执行ISR	按键抬起检测、信号开始
External Interrupt Mode with Falling edge …	外部中断	下降沿	触发中断，执行ISR	按键按下检测、信号结束
External Interrupt Mode with Rising/Falling …	外部中断	上升沿和下降沿	触发中断，执行ISR	捕获所有边沿，计数脉冲
External Event Mode with Rising edge …	外部事件	上升沿	触发事件，不中断CPU	定时器捕获、DMA触发
External Event Mode with Falling edge …	外部事件	下降沿	触发事件，不中断CPU	定时器捕获、DMA触发
External Event Mode with Rising/Falling …	外部事件	上升沿和下降沿	触发事件，不中断CPU	对信号边沿的非中断响应

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5.实验1 - 外部中断 - 按键点灯

找一个按键做实验，按下后控制LD3的翻转，下面是USER按键，该按键是有消抖电路的，接入PC13端口，按下时，控制上面LED翻转：

LD3：

1、GPIO配置：

2、配置为上升沿触发中断，同时下拉为低电平，这样可以保证第一次按下有电平跳转：

3、使能中断：

4、代码，GPIO配置、中断配置MX已经自动创建完毕，我们新建一个 HAL_GPIO_EXTI_Callback 函数即可：

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if (GPIO_Pin == USER_Btn_Pin)
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(LD3_GPIO_Port, LD3_Pin);
    }
}

5.实验2 - 外部事件 - 按键启动定时器

发现这个按键对应的引脚，竟然不支持Timx_CH1捕获或者TIMx_ETR方式，这样就没法做这个实验了。