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嵌入式 · STM32

STM32 GPIO 输入与输出

跟着江科大视频学 STM32 的第一阶段笔记：工程搭建、GPIO 结构、八种工作模式，以及看懂标准库所需的 C 语言结构体与枚举，最后是 LED、蜂鸣器、按键、传感器和常用库函数。

八种工作模式 输入 4 种 + 输出 4 种，选错模式是新手最常见的坑
先开时钟 GPIO 挂在 APB2 总线上，用之前必须 RCC 使能
结构体 + 枚举 GPIO_InitTypeDef 和 GPIO_Mode 是看懂库函数的两把钥匙
推挽 vs 开漏 输出模式怎么选，取决于驱动对象和是否需要外接上拉
  1. 开发环境与新建工程
  2. GPIO 基本结构与引脚（含更正）
  3. GPIO 的八种工作模式
  4. C 语言数据类型速查
  5. C 语言结构体与枚举（重点）
  6. LED 和蜂鸣器硬件电路
  7. 按键与传感器输入电路
  8. GPIO 常用库函数
  9. 能直接抄的代码模板
  10. 易错点与排查清单

一、开发环境与新建工程

整个流程是：Keil 建工程 → 放固件库文件 → 分组 → 配置头文件路径和宏 → 配置调试器。

  1. 建立工程文件夹，在 Keil 里新建工程，选择芯片型号（如 STM32F103C8T6）。
  2. 工程文件夹里建立 Start、Library、User、System 等文件夹，把固件库文件复制进来。
  3. 在 Keil 工程里建立同名分组，把对应文件添加进去。
  4. 工程选项 → C/C++ → Include Paths，添加所有存放头文件的文件夹。
  5. 工程选项 → C/C++ → Define，添加 USE_STDPERIPH_DRIVER。
  6. 工程选项 → Debug，选择调试器（ST-Link），Settings → Flash Download 勾选 Reset and Run。
STM32Project/ ├── Start/ 启动文件、内核文件 ├── Library/ 标准外设库 stm32f10x_xxx.c / .h ├── User/ main.c、stm32f10x_conf.h、stm32f10x_it.c └── System/ Delay 等自己写的模块
Reset and Run：下载完程序后自动复位并运行，不用每次手动按开发板上的复位键。
两个最容易漏的配置：少了 Include Paths 会提示找不到头文件；少了 USE_STDPERIPH_DRIVER，标准外设库的代码不会正常生效，会出现一堆莫名的报错。

二、GPIO 基本结构与引脚

GPIO 挂在 APB2 总线上。CPU 通过寄存器控制端口，再经过驱动器把电平送到引脚：

CPU / 内核 → APB2 总线 → GPIOA / GPIOB / GPIOC → 寄存器 → 驱动器 → PA0~PA15…

STM32F103C8T6 到底有哪些 GPIO

之前写“只有 GPIOA、GPIOB”是不准确的，C8T6 是有 GPIOC 的，只是引脚不全：

端口 可用引脚 说明
GPIOAPA0 ~ PA15完整 16 个引脚
GPIOBPB0 ~ PB15完整 16 个引脚
GPIOCPC13 ~ PC15只引出这 3 个；最小系统板上 PC13 通常接 LED，低电平点亮
GPIODPD0 ~ PD1与外部晶振引脚复用，板上焊了晶振时一般不能当普通 IO 用
更正：STM32F103C8T6（LQFP48 封装）不是只有 GPIOA、GPIOB，而是 GPIOA、GPIOB 完整可用，GPIOC 引出 PC13~PC15，另外还有与晶振复用的 PD0、PD1。想要完整的 GPIOC，需要换引脚更多的封装型号。

寄存器视角

平时用库函数就够了，但知道寄存器在管什么，遇到问题时更容易排查：

寄存器 作用
GPIOx_CRL配置第 0~7 号引脚，每个引脚占 4 位
GPIOx_CRH配置第 8~15 号引脚
GPIOx_IDR输入数据寄存器，读引脚电平
GPIOx_ODR输出数据寄存器，写引脚电平
GPIOx_BSRR / BRR原子地置位 / 复位，库函数 SetBits、ResetBits 最终操作的就是它
JTAG 引脚冲突：PA13、PA14、PA15、PB3、PB4 默认给调试口（JTAG/SWD）用。想拿它们当普通 IO，需要重映射并关闭 JTAG（保留 SWD），否则配置了也没反应。

三、GPIO 的八种工作模式

标准库把模式封装成了枚举，一共 8 种：

模式名称 性质 特征
浮空输入数字输入可读引脚电平；引脚悬空时电平不确定
上拉输入数字输入内部接上拉电阻，悬空时默认高电平
下拉输入数字输入内部接下拉电阻，悬空时默认低电平
模拟输入模拟输入GPIO 数字功能关闭，引脚直接接入内部 ADC
开漏输出数字输出高电平为高阻态，低电平接 VSS（GND）
推挽输出数字输出高电平接 VDD，低电平接 VSS，驱动能力强
复用开漏输出数字输出由片上外设控制，高电平为高阻态
复用推挽输出数字输出由片上外设控制，高电平接 VDD

输入模式怎么选

输出模式怎么选

场景速查

要做的功能 推荐模式
点亮 LED、驱动蜂鸣器推挽输出
读按键上拉输入或下拉输入
I2C 通信复用开漏输出（外接上拉电阻）
串口、SPI、PWM复用推挽输出
接传感器 AO、读模拟电压模拟输入
记忆口诀：输入看上下拉，输出看推挽开漏，外设用复用，ADC 用模拟。

四、C 语言数据类型速查

固件库里到处是 uint8_t、u16 这类写法，对照下面这张表就能看懂：

关键字 位数 表示范围 stdint 写法 ST 写法
char8-128 ~ 127int8_ts8
unsigned char80 ~ 255uint8_tu8
short16-32768 ~ 32767int16_ts16
unsigned short160 ~ 65535uint16_tu16
int32-2147483648 ~ 2147483647int32_ts32
unsigned int320 ~ 4294967295uint32_tu32
long long64约 ±9.2e18int64_t—
unsigned long long640 ~ 约 1.8e19uint64_t—
float32±3.4e38——
double64±1.7e308——

写 STM32 代码推荐用 uint8_t / uint16_t / uint32_t：位数固定，换平台也不用改。比如以后会看到的 uint16_t GPIO_Pin，就是因为一个端口有 16 个引脚，用 16 位来存。

五、C 语言结构体与枚举（重点）

标准库把“一堆配置”打包成结构体，把“只能取某几个值”的选项做成枚举。看懂这两样，再看 GPIO_InitTypeDef 就不陌生了。

1. 结构体 struct：把不同类型的数据打成一个包

结构体的关键字是 struct，用途是数据打包，把不同类型的变量放在一起。

直接定义结构体变量
#include <stdio.h> int main(void) { /* 定义一个结构体变量 c，它里面有三个成员 */ struct { char x; int y; float z; } c; c.x = 'A'; c.y = 66; c.z = 1.23; printf("c.x = %c\n", c.x); printf("c.y = %d\n", c.y); printf("c.z = %f\n", c.z); return 0; }

用 . 访问结构体成员，例如 c.x、c.y。这种写法每用一次都要写一遍完整定义，比较啰嗦，所以实际代码里更常用 typedef：

typedef struct（最常用的写法）
/* 给结构体类型起一个短名字 StructName_t */ typedef struct { char x; int y; float z; } StructName_t; int main(void) { StructName_t c; /* 以后直接用它定义变量 */ StructName_t d; c.x = 'A'; c.y = 66; c.z = 1.23; return 0; }

2. 结构体指针：用 -> 访问成员

如果拿到的是结构体的地址（指针），就用 -> 访问成员；当然也可以先用 * 取出内容，再用 . 访问，两种写法等价。

StructName_t c; StructName_t *p = &c; /* p 保存 c 的地址 */ p->x = 'A'; /* 指针写法：箭头 */ (*p).y = 66; /* 等价写法：先取内容，再用点 */ p->z = 1.23;

库函数 GPIO_Init 的参数就是结构体指针，所以调用时要写成 &GPIO_InitStructure，把地址传进去。

3. 枚举 enum：把取值限制在几个选项里

枚举的关键字是 enum，用途是定义一个取值受限制的整型变量，也可以理解成一组有名字的宏。它让代码更可读，也避免传错值。

/* 定义一个枚举变量 EnumName，只能取 FALSE 或 TRUE */ enum { FALSE = 0, TRUE = 1 } EnumName; EnumName = FALSE; EnumName = TRUE;

枚举类型名一般比较长，所以通常配合 typedef 起一个短名字：

typedef enum { FALSE = 0, TRUE = 1 } FlagStatus_t; FlagStatus_t flag = FALSE;

4. 库函数里是怎么对应的

GPIO_InitTypeDef 就是一个 typedef struct，里面的成员类型又用到了枚举：

typedef struct { uint16_t GPIO_Pin; /* 选哪个引脚 */ GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed; /* 输出速度（枚举） */ GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode; /* 工作模式（枚举） */ } GPIO_InitTypeDef;

而 GPIO_Init 的第二个参数是结构体指针：

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);

所以在库里读成员时用的是 ->：

/* GPIO_Init 内部会这样判断是不是输出模式 */ if ((((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) & ((uint32_t)0x10)) != 0x00) { /* 是输出模式，继续检查 GPIO_Speed */ }
把这条链记住：枚举负责“只能选这几个值” → 结构体把配置打包 → 调用时用 & 传地址 → 库函数内部用指针 -> 读取 → 最后写进寄存器。

另外，GPIO_Mode_Out_PP、GPIO_Mode_IPU 这些都属于 GPIOMode_TypeDef 枚举；GPIO_Speed_50MHz 属于 GPIOSpeed_TypeDef 枚举；GPIO_WriteBit 用到的 Bit_SET / Bit_RESET 属于 BitAction 枚举。

六、LED 和蜂鸣器硬件电路

LED 的两种接法

低电平点亮（灌电流）： PA0 ──[ R1 1kΩ ]──►|── 3V3 LED PA0 输出 0 → 导通点亮；输出 1 → 熄灭 高电平点亮（拉电流）： PA0 ──[ R1 1kΩ ]──►|── GND LED PA0 输出 1 → 导通点亮；输出 0 → 熄灭

蜂鸣器驱动

两种三极管极性相反：同样的 GPIO_SetBits，在 S8050 电路里是“开”，在 S8550 电路里可能是“关”。写代码前先看原理图。

七、按键与传感器输入电路

按键：上拉 / 下拉输入

上拉输入（按下读到 0）： 3V3 ──[ R1 10kΩ ]──┬── PA0 │ [K1] │ GND 下拉输入（按下读到 1）： PA0 ──┬──────────────► K1 ── 3V3 │ [R1 10kΩ] │ GND
接法 平时电平 按下电平 推荐模式
按键接 GND，外部 10k 上拉10上拉输入（可用内部上拉省掉电阻）
按键接 3V3，外部 10k 下拉01下拉输入
没有上下拉电阻不确定—不能用，必须补上下拉
输入引脚不能悬空。没有上拉或下拉时，引脚电平会随环境变化乱跳，读出来的值自然也不稳定。

按键抖动与消抖

机械按键在按下和松开的瞬间会有 5~10ms 的抖动，电平快速跳变，程序可能误判成按了很多次。常用做法：

传感器模块（光敏 / 热敏 / 红外）

传感器元件的电阻会随外界模拟量变化，先和定值电阻分压得到模拟电压，再通过 LM393 电压比较器二值化，就得到了数字输出。

传感器模块 STM32 VCC ────────────────── 3V3 GND ────────────────── GND DO ────────────────── PA0（数字输入，读 0 / 1） A0 ────────────────── PA1（模拟输入，接 ADC）

八、GPIO 常用库函数

下面按用途分组，一个函数一行，方便随时查。调用前记得先开 GPIO 的 APB2 时钟。

初始化与复位

函数 作用 参数 / 说明
GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStruct) 按结构体配置一个端口的引脚 GPIOx 为 GPIOA / GPIOB / GPIOC；第二个参数传结构体地址
GPIO_DeInit(GPIOx) 把端口复位成默认状态 需要重新配置某个端口前可以先调用
GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct) 给结构体字段填入默认值 默认是全部引脚、50MHz、浮空输入
GPIO_AFIODeInit() 复位 AFIO 外设 涉及引脚复用、重映射时才会用到
GPIO_PinLockConfig(GPIOx, GPIO_Pin) 锁定引脚配置，防止被误改 锁定后需要复位才能重新配置

读取输入

函数 作用 返回值 / 说明
GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin) 读一个引脚的电平 返回 0 或 1，读按键最常用
GPIO_ReadInputData(GPIOx) 读整个端口的输入数据 返回 16 位数据，每一位对应一个引脚

读取输出

函数 作用 返回值 / 说明
GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin) 读输出寄存器某一位 读的是“准备输出的值”，不是引脚实际电压
GPIO_ReadOutputData(GPIOx) 读整个输出寄存器 返回 16 位数据

写输出

函数 作用 参数 / 说明
GPIO_SetBits(GPIOx, GPIO_Pin) 引脚置高电平 可一次多个引脚：GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1
GPIO_ResetBits(GPIOx, GPIO_Pin) 引脚置低电平 和 SetBits 一样可以一次操作多个引脚
GPIO_WriteBit(GPIOx, GPIO_Pin, BitVal) 按位写 0 或 1 BitVal 取 Bit_RESET(0) 或 Bit_SET(1)
GPIO_Write(GPIOx, PortVal) 整个端口一起写 PortVal 是 16 位数，每一位对应一个引脚

复用、重映射与事件输出

函数 作用 参数 / 说明
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap, NewState) 把引脚的功能重映射到别的引脚 例如关闭 JTAG、把串口映射到 PB6/PB7
GPIO_EventOutputConfig(GPIO_PortSource, GPIO_PinSource) 配置事件输出引脚 比较少见，了解即可
GPIO_EventOutputCmd(NewState) 使能或关闭事件输出 配合上一个函数使用

GPIO_InitTypeDef 的三个字段

字段 作用 取值 / 说明
GPIO_Pin 选择要配置的引脚 GPIO_Pin_0 ~ GPIO_Pin_15，可用 | 组合多个
GPIO_Speed 设置输出速度 GPIO_Speed_2MHz / 10MHz / 50MHz；输入模式不关心
GPIO_Mode 设置工作模式 GPIO_Mode_AIN / IPU / IPD / Out_PP / Out_OD 等

GPIO_Mode 枚举值

枚举值 数值 对应模式
GPIO_Mode_AIN0x00模拟输入
GPIO_Mode_IN_FLOATING0x04浮空输入
GPIO_Mode_IPD0x28下拉输入
GPIO_Mode_IPU0x48上拉输入
GPIO_Mode_Out_OD0x14开漏输出
GPIO_Mode_Out_PP0x10推挽输出
GPIO_Mode_AF_OD0x1C复用开漏输出
GPIO_Mode_AF_PP0x18复用推挽输出

九、能直接抄的代码模板

LED 闪烁（PA0，推挽输出）
#include "stm32f10x.h" #include "Delay.h" int main(void) { /* 1. 打开 GPIOA 的时钟（APB2） */ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); /* 2. 配置 PA0 为推挽输出 */ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); while (1) { GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); /* 输出高电平 */ Delay_ms(500); GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); /* 输出低电平 */ Delay_ms(500); } }

如果 LED 是低电平点亮接法，把 SetBits 和 ResetBits 对调即可。

按键读取（PB1 上拉输入，按下为 0）
#include "stm32f10x.h" #include "Delay.h" int main(void) { RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; /* 上拉输入 */ GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); while (1) { if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0) /* 按下为低电平 */ { Delay_ms(20); /* 软件消抖 */ if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0) { /* 确认按下后要执行的代码 */ } } } }
蜂鸣器（PB12，低电平驱动的 S8550）
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); /* 低电平：S8550 导通，蜂鸣器响 */ Delay_ms(100); GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); /* 高电平：关闭 */

十、易错点与排查清单

最常见的六个坑：忘记开 GPIO 时钟；输入引脚悬空；输出模式选成开漏却没上拉；LED 或蜂鸣器极性搞反；PA13/PA14/PA15/PB3/PB4 没重映射就拿来当普通 IO；结构体变量没取地址就传进 GPIO_Init。
现象 可能原因 怎么查
LED 完全不亮 时钟没开、模式不对、极性反了、接线错 先用万用表量引脚电压，再检查模式和电路
按键读数乱跳 引脚悬空、没上拉/下拉、没消抖 确认模式是 IPU 或 IPD，加 10~20ms 延时再读
蜂鸣器一直响或不响 三极管类型和电平极性不匹配 看原理图确认是 PNP 还是 NPN，再调整 Set/Reset
配置了引脚但没反应 用到了 JTAG/SWD 默认占用的引脚 先关闭 JTAG 或做重映射，保留 SWD 下载
编译报错找不到函数 没有加 USE_STDPERIPH_DRIVER 或头文件路径 检查 Define 和 Include Paths

这一阶段要掌握的内容

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