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在 STM32 中，GPIO（通用输入输出）是与外部硬件接口进行交互的主要方式之一。STM32 HAL 库提供了简洁的接口来配置和控制 GPIO 引脚。下面是使用 STM32 HAL 库进行 GPIO 操作的详细教程。
1. 环境准备
确保您已经按照以下步骤准备好开发环境：
- STM32CubeIDE 已安装。
- 创建了 STM32 项目，配置了目标 STM32 微控制器或开发板。
2. 配置 GPIO 外设
在 STM32CubeIDE 中，我们通过 STM32CubeMX 来配置 GPIO 引脚。
步骤：
- 打开 STM32CubeIDE，选择新建一个 STM32 项目。
- 在
Pinout & Configuration页面，选择您要使用的 GPIO 引脚。例如，选择GPIOA上的引脚如PA5（通常用作 LED 灯），并设置为GPIO_Output，或GPIOA上的引脚如PA0设置为GPIO_Input。 - 在 Configuration 选项卡中，设置引脚的模式、输出类型等。
- 对于输出引脚，选择
Push-Pull，并设置速率。 - 对于输入引脚，选择
Pull-up或Pull-down，以决定输入信号的默认状态。
- 对于输出引脚，选择
- 在 Project 设置中，选择项目名称和代码生成选项（选择 STM32CubeIDE 为 IDE，选择 HAL 库作为中间件）。
- 点击 Generate Code，STM32CubeMX 会生成初始化代码。
3. HAL 库的 GPIO 操作
生成代码后，您可以开始在 main.c 文件中编写应用程序，利用 STM32 HAL 库操作 GPIO 引脚。
GPIO 输入输出操作
1.初始化 GPIO
STM32CubeMX 会自动生成用于初始化 GPIO 的代码，您只需调用 HAL_GPIO_Init() 函数。例如，在 main.c 中可以看到类似这样的初始化代码，我以注释的方式，解释了代码。
// main.c
#include "main.h"int main(void)
{HAL_Init(); // 初始化 HAL 库SystemClock_Config(); // 配置系统时钟MX_GPIO_Init(); // 初始化 GPIOwhile (1){// 在主循环中进行其他任务}
}void MX_GPIO_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 启用 GPIOA 时钟// 配置 PA5 为输出GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 推挽输出GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; // 无上下拉GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; // 设置输出速度HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 初始化 GPIOA5// 配置 PA0 为输入GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING; // 上升沿中断模式GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; // 无上下拉HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 初始化 GPIOA0
}
GPIO 输出操作
要设置 GPIO 引脚的输出状态（高电平或低电平），您可以使用 HAL_GPIO_WritePin() 函数。例如：
// 设置 PA5 为高电平（点亮 LED）
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); // 高电平// 设置 PA5 为低电平（熄灭 LED）
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); // 低电平
GPIO 输入操作
要读取 GPIO 引脚的输入状态，可以使用 HAL_GPIO_ReadPin() 函数。例如，读取 PA0 的状态：
GPIO_PinState pinState = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0);if (pinState == GPIO_PIN_SET) {// 引脚 PA0 为高电平
} else {// 引脚 PA0 为低电平
}
GPIO 中断操作
STM32 HAL 库还支持 GPIO 中断。通过 STM32CubeMX 配置中断模式，例如将 PA0 设置为上升沿触发的中断。下面介绍中断的概念。
额外（中断是什么?）
中断（Interrupt）是微控制器（单片机）处理外部事件或任务的一种机制。它允许微控制器在执行程序的过程中，能够中断当前的工作，立即响应外部事件，然后在处理完事件后恢复到原来的工作状态。中断是实时操作系统（RTOS）和高效嵌入式系统设计中常用的一种技术。
中断的工作原理
当一个中断发生时，微控制器会：
-
暂停当前程序：当前正在执行的代码（包括主程序或其他中断服务程序）会被暂停。微控制器保存当前的执行状态（程序计数器、寄存器值等）。
-
跳转到中断处理函数（ISR）：程序计数器会被修改，跳转到对应的中断服务程序地址。该中断服务程序通常是用户编写的代码，用来处理特定的中断事件。
-
处理中断：在中断服务程序中，微控制器执行相应的代码以响应中断，比如读取传感器数据、处理外部设备的请求等。
-
恢复执行：中断处理完毕后，微控制器恢复执行原来的程序，继续之前被暂停的操作。
回归正题 ，将 PA0 设置为上升沿触发的中断
在代码中，您需要启用和配置外部中断：
// 在 MX_GPIO_Init 函数中启用中断
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_1_IRQn, 0, 0); // 设置中断优先级
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_1_IRQn); // 启用 EXTI0_1 中断
中断服务程序（ISR）通常放在 stm32f1xx_it.c 中：
// 中断回调函数
void EXTI0_1_IRQHandler(void)
{HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0); // 处理外部中断
}// 回调函数，当发生中断时调用
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0) {// 对 PA0 引脚的中断进行处理}
}
4. 使用外设和其他功能
- 配置和使用多个 GPIO 引脚：通过 STM32CubeMX 配置多个 GPIO 引脚进行输入、输出或中断操作。
- 控制 LED：在
main.c中使用HAL_GPIO_WritePin()控制连接到开发板的 LED。 - 配置按键：配置外部按键，并在中断或轮询模式下读取按键状态。
5. 示例代码：点亮 LED
下面是一个完整的示例，展示如何通过 GPIO 控制 LED：
#include "main.h"// 主函数
int main(void)
{HAL_Init(); // 初始化 HAL 库SystemClock_Config(); // 配置系统时钟MX_GPIO_Init(); // 初始化 GPIOwhile (1){// 点亮 LEDHAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);HAL_Delay(500); // 延时 500ms// 熄灭 LEDHAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);HAL_Delay(500); // 延时 500ms}
}// GPIO 初始化函数
void MX_GPIO_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 启用 GPIOA 时钟// 配置 PA5 为输出（LED）GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 推挽输出GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; // 无上下拉GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; // 设置输出速度HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 初始化 GPIOA5
}
6. 小结
- GPIO 初始化：通过 STM32CubeMX 配置引脚，并使用 HAL 库函数进行初始化。
- 输入输出操作：使用
HAL_GPIO_WritePin()控制输出，使用HAL_GPIO_ReadPin()读取输入。 - 中断处理：通过 STM32CubeMX 配置中断，并在中断回调函数中处理外部中断。