1. 什么是GPIO：
GPIO（General-Purpose IO ports，通用输入/输出接口），用于感知外界信号（输入模式）和控制外部设备（输出模式）。
STM32F103C8T6一共有48个引脚，除去电源引脚、晶振时钟引脚、复位引脚、启动选择引脚、程序下载引脚（大部分为最小系统必须引脚），剩下的则是GPIO引脚。
下图为STM32F103系列GPIO的基本结构，左侧连接MCU内部，中间上半部分为输入，中间下半部分为输出，右侧为MCU引出的外设I/O引脚。
2. GPIO工作模式
STM32F103系列的I/O引脚共有8种工作模式，其中输出模式有四种：推挽输出、开漏输出、复用推挽输出、复用开漏输出；输入模式有四种：上拉输入、下拉输入、浮空输入、模拟输入。
1. 推挽输出（Push-Pull，PP）
推挽结构由两个MOS管按互补对称的方式连接，任意时刻总是其中一个三极管导通，另一个三极管截止。
如上图①所示，MOS管作为开关使用，“输出控制”向两个MOS管栅极加一定电压，P-MOS管源极和漏极之间导通，VDD经过P-MOS管的S->G->D输出，N-MOS管处于高阻态（电阻很大，近似开路），整体对外为高电平；“输出控制”取消向两个MOS管栅极施加电压，P-MOS管源极和栅极截止，P-MOS管处于高阻态，N-MOS管源极和漏极导通，整体对外为低电平。
推挽模式，让“输出控制”变为了VDD/Vss输出，使得输出电流增大，提高了输出引脚的驱动能力，提高了电路的负载能力和开关的动作速度。
2. 开漏输出（Open-Drain，OD）
开漏模式下，“输出控制”不会控制P-MOS管，“输出控制”只会向N-MOS管栅极加一定电压，两个MOS管都处于截止状态，两个漏极处于悬空状态，称之为漏极开路。“输出控制”取消栅极的施加电压，P-MOS管依旧处于高阻态，N-MOS管导通，整体对外为低电平。
开漏输出模式可以等效将下图中灰色框的P-MOS管看作不存在。即该模式下只能输出低电平，若要输出高电平，则需要外接电阻，所接的电阻称为上拉电阻，此时输出电平取决于此时上拉电阻的外部电源电压情况，如下图中蓝色框的外部电路。
推挽输出模式可以直接输出高电平，开漏输出模式需要外接上拉电阻才能输出高电平，但开漏输出拥有一些推挽输出不具有的特性：
利用外部电路驱动能力。如图 8.1.2 所示，“输出控制”只需要提供一个很小的栅极驱动电流，VCC 经过上拉电阻为外部负载提高驱动电流；
实现电平转换。推挽输出模式由VDD提供，即只能提供3.3V电平。使用开漏输出模式后，VCC可以为 5V，从而实现了电平转换的效果。
方便实现“逻辑与”功能。多个开漏的引脚可以直接并在一起使用，统一接一个合适的上拉电阻，就可以实现“逻辑与”关系，即当所有引脚均输出高电平时，输出才为高电平，若任一引脚输出低电平，则输 出低电平。在I²C、SMBUS等总线电路中经常会用到。
3. 复用功能推挽/开漏输出（Alternate Function，AF）
GPIO引脚除了作为通用输入/输出引脚使用外，还可以作为片上外设（USART、I²C、SPI等）专用引脚，即一个引脚可以有多种用途，但同一时刻一个引脚只能使用复用功能中的一个。
当引脚设置为复用功能时，可选择复用推挽输出模式或复用开漏输出模式，在设置为复用开漏输出模式时，需要外接上拉电阻。
4. 上拉输入模式（Input Pull-up）
如上图中②所示，VDD经过开关、上拉电阻，连接外部I/O引脚。当开关闭合，外部I/O无输入信号时，默认输入高电平。该模式的典型应用就是外接按键，当没有按键按下时候，MCU的引脚为确定的高电平，当按键按下时候，引脚电平被拉为低电平。
5. 下拉输入模式（Input Pull-down）
如上图 中②所示，Vss经过开关、下拉电阻，连接外部I/O引脚。当开关闭合，外部I/O无输入信号时，默认输入低电平。
6. 浮空输入模式（Floating Input）
如上图中②所示，两个上/下拉电阻开关均断开，既无上拉也无下拉，I/O引脚直接连接TTL肖特基触发器，此时I/O引脚浮空，读取的电平是不确定的，外部信号是什么电平，MCU引脚就输入什么电平。MCU复位上电后，默认为浮空输入模式。
7. 模拟输入模式（Analog mode）
如上图中②所示，两个上/下拉电阻开关均断开，同时TTL肖特基触发器开关也断开，引脚信号直接连接模拟输入，实现对外部信号的采集。
GPIO 输出速度
STM32的I/O引脚工作在输出模式下时，需要配置I/O引脚的输出速度。该输出速度不是输出信号的速度，而是I/O口驱动电路的响应速度。
STM32提供三个输出速度：2MHz、10MHz、50MHz。实际开发中需要结合实际情况选择合适的相应速度，以兼顾信号的稳定性和低功耗。通常，当设置为高速时，功耗高、噪声大、电磁干扰强；当设备为低速 时，功耗低、噪声小、电磁干扰弱。
通常简单外设，比如LED灯、蜂鸣器灯，建议使用2MHz的输出速度，而复用为I²C、SPI等通信信号引脚时，建议使用10MHz或50MHz以提高响应速度。
3. 硬件方面
常见LED灯（图片来源百问网）
LED灯原理图（图片来源百问网）
4. 软件方面
driver_led.h
#ifndef __DRIVER_LED_H #define __DRIVER_LED_H #include "stm32f1xx_hal.h" /********************* * 引脚宏定义 **********************/ #define B_LED_GPIO_PIN GPIO_PIN_1 #define B_LED_GPIO_PORT GPIOA #define B_LED_GPIO_CLK_EN() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE() /********************* * 函数宏定义 **********************/ /* * LED亮灭函数宏定义 */ #define ON GPIO_PIN_RESET #define OFF GPIO_PIN_SET #define BLED(flag) HAL_GPIO_WritePin(B_LED_GPIO_PORT, B_LED_GPIO_PIN, flag) /* * 函数名：void LedGpioInit(void) * 输入参数：无 * 输出参数：无 * 返回值：无 * 函数作用：初始化LED的引脚，配置为上拉推挽输出 */ extern void LedGpioInit(void); #endif
driver_led.c
#include "driver_led.h" /* * 函数名：void LedGpioInit(void) * 输入参数：无 * 输出参数：无 * 返回值：无 * 函数作用：初始化LED的引脚，配置为上拉推挽输出 */ void LedGpioInit(void) { // 定义GPIO的结构体变量 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; // 使能LED的GPIO对应的时钟 B_LED_GPIO_CLK_EN(); GPIO_InitStruct.Pin = B_LED_GPIO_PIN; // 选择LED的引脚 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 设置为推挽输出模式 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; // 默认上拉 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; // 引脚输出速度设置为慢 // 初始化引脚配置 HAL_GPIO_Init(B_LED_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct); // 默认LED灭:OFF-灭，ON-亮 BLED(OFF); }
main.c
#include "main.h" #include "driver_led.h" int main(void) { // 初始化HAL库函数必须要调用此函数 HAL_Init(); // 系统时钟即AHB/APB时钟配置 SystemClock_Config(); // 初始化LED LedGpioInit(); // 循环闪烁 while(1) { BLED(ON); HAL_Delay(1000); BLED(OFF); HAL_Delay(1000); } }
