3、GPIO

保护二极管：当瞬间电压进入I/O引脚时，若此电压大于VDD(3.3V)，则上方的保护二极管导通。
当瞬间电压小于VSS(0V)，下方保护二极管导通。
若输入电压在0~3.3V之间，那么2个二极管均不会导通。
此结构只能抵御一瞬间的电压波动，长时间高电压接入I/O口依旧会损坏芯片。
上拉/下拉电阻输入 ：为悬空的输入引脚提供一个默认的稳定电平。
上拉 (P-UP) ：内部电阻将其连接到 VDD，使默认电平为高电平。
下拉 (P-DOWN) ：内部电阻将其连接到 VSS，使默认电平为低电平。
施密特触发器/TTL肖特基触发器：电压比较器，有效消除输入信号中的噪声和抖动。高于上限输出高，低于上限输出低。
输入数据寄存器-IDR Input Data Register：存储施密特触发器输出的电平值（0或1），CPU 通过读取IDR得知引脚电平。
输出数据寄存器-ODR Output Data Register)：存储引脚期望的输出电平，ODR 的值会直接控制P-MOS 和 N-MOS，CPU 读取 ODR 读取“期望的输出值”，而非“引脚的实际电平”。
位设置/清除寄存器-BSRR Bit Set/Reset Register：快速地设置或清除 ODR 中的某一位。
N-MOS和P-MOS：

在推挽模式下，STM32对IO口输出有绝对的控制权
输出数据寄存器为1，P-MOS激活，N-MOS断开，输出接入VDD，输出高电平；
输出数据寄存器为0，P-MOS断开，N-MOS激活，输出接入VSS，输出低电平；

在开漏模式下，P-MOS管失效，只有N-MOS管工作
输出数据寄存器为1，P-MOS无效，N-MOS关闭，GPIO引脚处于“高阻态”，输出电压由外部电路决定。
输出数据寄存器为0，P-MOS无效，N-MOS导通，输出接入VSS，输出低电平；

[!NOTE] 应用
     开漏输出一般应用在
     ① I2C、SMBUS 通讯等需要“线与”功能的总线电路中。
     ②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 V，并且把引脚设置为开漏模式，当输出高阻态时，由上拉电阻和电源向外输出 5V电平，如右图所示。

[!NOTE]
“高阻态”：就是悬空，既不是高电平，也不是低电平，引脚上的电压未定义，易收到电磁信号的干扰。

# 1.定义

通用I/O：简称GPIO，是I/O的最基本形式。一般使用正逻辑，高电平对应数字信号“1”，低电平对应数字信号“0”

# 2.实战

# 编程步骤：

第一步：使能GPIOx口的时钟
第二步：指明GPIOx口的哪一位，这一位的速度大小以及模式。
第三步：调用GPIOx口初始化函数，进行初始化。
第四步：调用GPIO-SetBits函数，进行相应为的置位。

# 函数一览

# 实例如下：

对于单个GPIO口的初始化如下

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //设置为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // IO口速度为50MHz

输出：

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);//输出低电平
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5);
//翻转电平

state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);

第三步：调用GPIOA口初始化函数，进行初始化。
第四步：调用GPIO-SetBits函数，进行相应为的置位。
把第二、三、四步合并分别设置GPIOA和GPIOE
先设置GPIOA

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //设置为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // IO口速度为50MHz
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO-InitST); //根据设定参数初始化GPIOA
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4); //输出高

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //设置为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // IO口速度为50MHz
GPIO_Init(GPIOE,&GPIO-InitST); //根据设定参数初始化GPIOE
GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_3); //输出高

配置终端触发方式（上升沿/下降沿/双边沿）

HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn);

{
    if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_13)
    {
        // 按键响应代码
    }
}

(1)、在STM32内部为了省电，所有外设（GPIO、USART、TIM…）默认是“关机”状态，即时钟被关闭。第一步永远是打开这个部门的电源（时钟）。

GPIO 配置与操作函数

[!NOTE] GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct) 为什么第一个参数实际填写GPIOA而不是&GPIOA
在 stm32f10x.h头文件中，有这样一行定义：#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) 0x40010800)所以 GPIOA本身已经是一个指针**，它不是一个变量，而是一个宏定义，它代表的就是一个地址。

（2）、这些参数在stm32f10x_gpio.h头文件搜索

GPIO初始化结构体

GPIO模式

GPIO引脚宏定义

# 3、stm32寄存器与c语言

核心原理： STM32中每一个硬件寄存器（ODR, IDR…）都对应一个固定的物理内存地址。CPU 通过读写固定的物理内存地址来控制硬件（寄存器）。
基地址 (Base Address)：
- 每个外设（如 GPIOA）都有一个起始地址。
- GPIOA 基地址 = 0x40010800
- GPIOB 基地址 = 0x40010C00
GPIO_TypeDef 结构体：
- 它是一个C语言的 “地图” ，定义了GPIOA 内部所有寄存器（CRL, CRH, IDR, ODR…）的排列顺序和偏移量。
偏移地址 (Offset)：
- 寄存器在“地图”上相对于基地址的位置。
- 因为寄存器大多是 uint32_t（4字节），所以偏移量是 0x00, 0x04, 0x08…
- ODR 寄存器的偏移量 = 0x0C
绝对地址 (Absolute Address)：
- 绝对地址 = 基地址 + 偏移地址
- 举例 (GPIOA 的 ODR)：0x40010800 (GPIOA 基地址) + 0x0C (ODR 偏移量) = 0x4001080C
C 代码翻译：
- C 代码：GPIOA->ODR = 0x0001;
- GPIOA 是一个指向基地址 0x40010800 的指针：*#define GPIOA ((GPIO_TypeDef )GPIOA_BASE)
- ->ODR是C语言语法，告诉编译器去 GPIO_TypeDef结构体“地图”上查找 ODR 的偏移量（0x0C）。
- 编译器操作： 生成机器码，将 0x0001 这个值，写入到最终的绝对地址 0x4001080C。

[!NOTE] Title
个人理解：STM32 正是利用了 struct 结构体能自动处理偏移量的特性，来满足了访问硬件寄存器时“基地址 + 偏移地址”的需求。

GPIOA：获取基地址 (0x40010800)。
ODR：查找 ODR 成员对应的偏移地址 (0x0C)。
= 0x0001：将值 0x0001 写入到算出来的绝对地址 (0x40010800 + 0x0C = 0x4001080C) 中。

# 1. 单个 GPIO 引脚电流限制

常见 MCU（如 STM32）：
- 最大电流：≈ 20 mA
- 推荐工作电流：2 ~ 8 mA

超过推荐值可能导致：

IO 发热

电平不稳

长期可靠性下降

# 2. MCU 总电流限制

多个 GPIO 同时工作时，总电流也有限制
典型值（以 STM32 为例）：
- 所有 GPIO 累计电流：≈ 120 ~ 150 mA

常见问题：

单个 LED 正常

多个 LED 同时点亮 → 芯片异常

# 3. GPIO 高低电平驱动能力不同

输出高电平：拉电流（Source）
输出低电平：灌电流（Sink）
两者能力 通常不对称

# 二、拉电流（Source Current）

拉电流：
GPIO 输出 高电平 时，向外部负载提供电流 的能力。

# 三、灌电流（Sink Current）

灌电流：
GPIO 输出 低电平 时，从外部负载吸收电流 的能力。

# 四、拉电流 vs 灌电流

对比项	拉电流	灌电流
GPIO 电平	高电平	低电平
电流方向	GPIO → 负载	负载 → GPIO
驱动能力	较弱	较强（推荐）
工程常用	少	多

工程经验：
MCU 的 灌电流能力通常强于拉电流能力

参考：https://www.cnblogs.com/jzssuanfa/p/19339924#_68