深入浅出之HAL库

在单片机的世界中，作为一个与外部沟通最重要的外设，显然是GPIO。

本文以stm32F1xx系列为重点，带你深入浅出地了解GPIO外设及其HAL库使用。

在stm32中一个完整的GPIO配置步骤应是如下

1.使能时钟

2.设置工作模式

接下来我们一一讲解两个步骤

HAL库中已经给了我们一个非常方便的使能函数，我们只需调用即可

__HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE() x为需要使能的IO口组名

在stm32F1xxx系列中,GPIO口有八大工作模式

通过红色标注的电流流向我们可以知道，流进输入数据寄存器的电平即完全由IO引脚输入的电平所确定，当流入为高电平时，数据寄存器记录为高电平，当流入为低电平时，数据寄存器记录低电平，当没有电流流入时无法确定高低电平，因此也叫浮空状态也称高阻态（不确定电平）。

在IO引脚无输入电流时，输入数据寄存器读取的值为红线即高电平，因此在初始状态下输入数据寄存记录的值为高电平。称此初始状态为上拉，称该电阻为上拉电阻（上拉电阻被红线遮挡，我们可以看那个锯齿形符号）

在IO引脚有输入电流时若输入电平为高电平，两者经过叠加（实际并不会）输入数据寄存器读取的值还是高电平。若输入电平为低电平，则上拉电阻（锯齿形符号）的下侧为低电平，靠近Vdd那侧为高电平，输入数据寄存器读取的是上拉电阻的下侧（忽略导线电阻的情况下，一根导线电平处处相等）即低电平。

综上在输入上拉模式下，当IO引脚无电流来临时，输入数据寄存值记录的是高电平，当IO引脚有电流来临时，输入数据寄存器的值由IO引脚的高低电平决定

了解过输入上拉时，输入下拉就很好理解了。

在IO引脚无电平输入时，输入数据寄存器记录的值为Vss低电平

在IO引脚有电平输入时，若输入电平为高电平，下拉电阻（下面那个锯齿形符号）的上侧为高电平，靠近Vss一侧为电平，输入数据寄存器记录的是下拉的电阻的上侧即高电平，若输入电平为低电平，则输入数据寄存器记录的是低电平

综上可知，在输入上拉的模式下，当IO引脚无电流来临时，输入数据寄存器记录为低电平，当IO引脚有电流来临时，输入数据寄存器记录的值为IO引脚的电平。

模拟输入同输入浮空同理，区别在于输入电流取决于IO引脚还是AD转换器或DA转换器

在推挽输出中，由输出控制器去控制P-MOS或N-MOS的导通与关闭，我们暂且不去深究MOS管如何导通，将其简化为开关。

当Vdd P-MOS管导通时，电路从Vdd流向IO引脚，输出高电平

当Vss N-MOS管导通时，电路从Vss流向IO引脚，输出低电平

当P-MOS N-MOS均不导通时，输出浮空状态

开漏模式下比较特殊，在该模式下它只可以选择性导通 Vss N-MOS管 不能控制P-MOS管

当N-MOS管导通时，电流流向由Vss到IO引脚，输出低电平

当N-MOS管不导通时，电平为浮空状态，此时不能确定高低电平，但当我们接入Vcc（图中红色部分）时，，电流流向由Vcc到IO引脚，输出高电平。

综上，开漏模式下 N-MOS管导通时，输出低电平，当N-MOS管不导通时，输出浮空状态（不确定电平），若外接高电平电源及上拉电阻时，输出高电平。

推挽式复用与推挽输出原理相似，区别在于输出控制器的控制权交由芯片上的外设，本文不再过多讲解。

开漏式复用与开漏输出原理相似，区别在于输出控制器的控制权交由芯片上的外设，本文不再过多讲解。

了解了八大工作模式后我们就可以进行GPIO的配置

同样HAL库提供了一个很方便的配置函数

其中最主要的参数就是struct GPIO_InitTypeDef这个结构体的配置

在STM32F1xx_HAL_GPIO.H这个文件中我们可以看到这个结构体所包含的成员

其中具体的成员我也给大家整理了，可以参考进行配置，以下都可以在STM32F1xx_HAL_GPIO.H这个文件中找到