GPIO输入与输出

GPIO小知识

GPIO的八种工作模式

输入浮空（Floating Input）：
特点：输入用，完全浮空，状态不定。
应用：适用于需要读取外部信号的场景，但外部信号状态不确定。
输入上拉（Input Pull-Up）：
特点：输入用，使用内部上拉电阻，初始状态是高电平。
应用：适用于外部信号默认为高电平的情况，如按钮按下时会拉低信号。

输入下拉（Input Pull-Down）：
特点：输入用，使用内部下拉电阻，初始状态是低电平。
应用：适用于外部信号默认为低电平的情况，如按钮按下时会拉高信号。
模拟功能（Analog Mode）：
特点：用于连接模拟外设，如ADC（模数转换器）、DAC（数模转换器）等。
应用：适用于需要进行模拟信号处理的场景。
开漏输出（Open-Drain Output）：
特点：用于实现开漏输出，常用于构建总线，如I2C。
应用：适用于需要多个输出端口共享同一信号线的场景，例如I2C的SDA、SCL线。
推挽输出（Push-Pull Output）：
特点：驱动能力强，支持通用输出，可提供较大电流。
应用：适用于需要输出到外部设备，需要较大驱动能力的场景。
开漏式复用功能（Open-Drain Alternate Function）：
特点：用于实现开漏输出，并复用了片上外设功能。
应用：适用于需要实现外设功能，同时共享信号线的场景，例如硬件I2C的SDA、SCL线。
推挽式复用功能（Push-Pull Alternate Function）：
特点：用于实现推挽输出，并复用了片上外设功能。
应用：适用于需要实现外设功能，同时需要提供较大驱动能力的场景，例如SPI的SCK、MISO、MOSI线。

以上内容转载自：GPIO（简介、IO端口基本结构、GPIO的八种模式、GPIO寄存器、通用外设驱动模型、GPIO配置步骤、编程实战）-CSDN博客

项目实现

按键控制LED

LED驱动程序

项目接线图如图所示：

Wiring_diagram

创建Hardware文件夹，用于存放驱动文件，包括.c和.h文件。

structure of project

添加.c和.h文件，命名为LED.c和LED.h。

add_new_item_to_Hardware

编辑LED.c文件

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void LED_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
    // 按位或可以同时选取两个引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2);
}// 初始化时钟

void LED1_ON(void)
{
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}// 低电平点亮

void LED1_OFF(void)
{
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}// 高电平熄灭

void LED1_Turn(void)
{
    if(GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 0)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
    }
    else
    {
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
    }
}// 状态转换，低电平时切换为高电平，反之同理

// LED2的函数
void LED2_ON(void)
{
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}

void LED2_OFF(void)
{
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}

void LED2_Turn(void)
{
    if(GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_2) == 0)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
    }
    else
    {
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
    }
}

编辑LED.h文件，声明函数。

#ifndef __LED_H // 宏定义保护，防止重复引用
#define __LED_H

void LED_Init(void);
void LED1_ON(void);
void LED1_OFF(void);
void LED1_Turn(void);
void LED2_ON(void);
void LED2_OFF(void);
void LED2_Turn(void);

#endif

Key驱动程序

我们需要获得按键所连引脚的状态，还需要对按键写一个驱动程序。

一下是获取引脚电平数值的函数：

uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);
uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);

其中，putData是获得整个寄存器的数值，putDataBit是获得单个引脚的数值

注意：当按键按下时，由于按键的特性，会出现信号抖动的情况。如图：
因此，我们需要在程序中添加延时函数，减小误差。

如上文，创建.c和.h文件，如图：

file_name

编辑key.c文件

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"

void Key_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_11;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}
// 初始化时钟

uint8_t Key_GetNum(void)
{
    uint8_t KeyNum = 0;
    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)
    // 读取键码的返回值，并且判断
    {
        Delay_ms(20);// 延时，消除按键抖动
        while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0);
        // 当按键未弹起时，不进行下一步操作
        Delay_ms(20);
        KeyNum = 1;
    }
    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0)
    {
        Delay_ms(20);
        while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0);
        Delay_ms(20);
        KeyNum = 2;
    }
    return KeyNum;
}

编辑key.h文件

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H

void Key_Init(void);
uint8_t Key_GetNum(void);

#endif

至此，按键和LED的驱动程序就完成了，接下来只需要理顺代码逻辑即可。

编辑main.c文件

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "LED.h"
#include "Key.h"

uint8_t KeyNum;        //定义用于接收按键键码的变量

int main(void)
{
    /*模块初始化*/
    LED_Init();        //LED初始化
    Key_Init();        //按键初始化
    
    while (1)
    {
        KeyNum = Key_GetNum();        //获取按键键码
        
        if (KeyNum == 1)            //按键1按下
        {
            LED1_Turn();            //LED1翻转
        }
        
        if (KeyNum == 2)            //按键2按下
        {
            LED2_Turn();            //LED2翻转
        }
    }
}

编译，下载即可实现效果。

光敏电阻控制蜂鸣器

接线图

如图所示：

wiring_diagram

光敏电阻驱动

此处光明电阻模块默认输出低电平。当光线不足时，输出高电平。

如上文，创建驱动文件至Hardware文件夹:

struc_of_Hardware

编辑.c文件

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void LightSensor_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}
// 模块初始化

uint8_t LightSensor_Get(void)
{
    return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_13);
    // 直接返回数值，当光线不足，输出高电平，值为1
}

编辑.h文件

#ifndef __LIGHT_SENSOR_H
#define __LIGHT_SENSOR_H

void LightSensor_Init(void);
uint8_t LightSensor_Get(void);

#endif

蜂鸣器驱动

编辑.c文件

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void Buzzer_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);
}

void Buzzer_ON(void)
{
    GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);
}

void Buzzer_OFF(void)
{
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);
}

void Buzzer_Turn(void)
{
    if(GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_12) == 0)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);
    }
    else
    {
        GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);
    }
}

编辑.h文件

#ifndef __BUZZER_H
#define __BUZZER_H

void Buzzer_Init(void);
void Buzzer_ON(void);
void Buzzer_OFF(void);
void Buzzer_Turn(void);

#endif

至此，各模块驱动程序已完成。

编辑main.c文件

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "Buzzer.h"
#include "LightSensor.h"

int main(void)
{
    /*模块初始化*/
    Buzzer_Init();            //蜂鸣器初始化
    LightSensor_Init();        //光敏传感器初始化
    
    while (1)
    {
        if (LightSensor_Get() == 1)        //如果当前光敏输出1
        {
            Buzzer_ON();                //蜂鸣器开启
        }
        else                            //否则
        {
            Buzzer_OFF();                //蜂鸣器关闭
        }
    }
}

编译，下载即可实现效果。

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