【STM32学习笔记】GPIO工作原理

GPIO是什么?

GPIO（General-Purpose input/output）：通用输入输出端口的简称。是外设与 微控制器 （STM32等单片机）通

GPIO的8种模式

 1 输入模式：
  （1）上拉输入模式 GPIO_Mode_IPU
  （2）下拉输入模式 GPIO_Mode_IPD
  （3）模拟输入模式 GPIO_Mode_AIN
  （4）浮空输入模式 GPIO_Mode_IN_FLOATING
 2. 输出模式：
  （1）推挽输出模式 GPIO_Mode_Out_PP
  （2）开漏输出模式 GPIO_Mode_Out_OD
  （3）复用推挽输出模式 GPIO_Mode_AF_PP
  （4）复用开漏输出模式 GPIO_Mode_AF_OD
 3. 最大输出速度：
  （1）2MHz GPIO_Speed_2MHz
  （2）25MHz GPIO_Speed_25MHz
  （3）50MHz GPIO_Speed_50MHz

输入模式

1.浮空输入模式

浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，I/O的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

2.上拉输入模式

上拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平保持在高电平（并且在I/O端口输入为低电平的时候，输入端的电平也是低电平）。STM32的内部上拉是"弱上拉"，即通过此上拉输出的电流是很弱的，如要求大电流还是需要外部上拉。

3.下拉输入模式

下拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平保持在低电平；并且在I/O端口输入为高电平的时候，输入端的电平也是高电平。

4.模拟输入模式

模拟输入模式下，I/O端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块，比如ADC模块等。

输出模式

1.开漏输出模式

在开漏输出时，只有N-MOS会参与工作，上方的P-MOS管完全不工作。当输出控制为0（低电平）时，P-MOS管关闭，N-MOS管导通，使得输出GND。当输出控制为1（高电平）时，P-MOS管和N-MOS管全部关闭，引脚既不输出高电平也不输出低电平，此时呈现一个高阻态。正常使用的情况下，必须接一个上拉电阻，若不接上拉电阻，则引脚只能输出低电平。

如果ODR寄存器设置为0，施密特触发器是打开的，即输入可用，通过输入数据寄存器GPIOx_IDR可读取I/O的实际状态。反之如果是1的话读取到的数据并不一定是1，因为是由外部控制。

2.复用输出模式

复用开漏输出和开漏输出本质并没有太大区别，一个输出信号由mcu，一个片上外设。

3.推挽输出模式

推挽输出模式下， P-MOS管和N-MOS管都工作，MCU可以控制输出高电平和低电平。
MCU输出为 0 的时候，N-MOS管导通，I/O引脚输出低电平。
MCU输出为 1 的时候，P-MOS管导通，I/O引脚输出高电平。

在推挽输出时，施密特触发器是打开的，即输入可用，通过输入数据寄存器GPIOx_IDR可读取I/O的实际状态。

4.复用推挽输出模式

 原理同推挽输出，区别在于输出写入端连接于片上外设（如串口TX）使其具有其他功能。