什么是 GPIO？端口的八种输入输出模式

最新推荐文章于 2025-04-22 20:40:02 发布

半个番茄

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文章标签：单片机嵌入式硬件

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GPIO 是微控制器（如 STM32）上的引脚，这些引脚可以根据需要配置为输入或输出，用来连接外部设备或传感器。想象一下，GPIO 就像是一个多功能插座，你可以根据需求把它变成电源插座（输出）或信号接收器（输入）。

当 GPIO 设置为输出模式时，它就像一个开关，可以控制其他设备的通断状态。

推挽输出 (Push-Pull Output)：
- 工作原理：这种模式下，GPIO 引脚可以直接输出高电平（5V 或 3.3V）或低电平（0V）。它就像是一个双向开关，既能提供电流也能切断电流。
- 应用场景：常用于驱动 LED、继电器等简单负载。例如，点亮或熄灭 LED 灯。
开漏输出 (Open-Drain Output)：
- 工作原理：在这种模式下，GPIO 引脚只能拉低电压（接地），不能主动提供高电平。通常需要外接一个上拉电阻来提供高电平。
- 应用场景：适用于 I²C 总线通信、按键检测等场合，因为它可以实现多个设备共享一条总线而不发生冲突。
复用推挽输出 (Alternate Function Push-Pull Output)

工作原理

在这种模式下，GPIO 引脚可以被配置为执行多种不同的外设功能之一。它不仅可以输出高电平或低电平，还可以通过内部上拉电阻确保高电平时的稳定性。推挽输出的特点是它可以主动提供电流来驱动负载。

应用场景
- 外设通信：常用于 SPI、UART 等通信协议中的 MOSI、MISO、SCK 线路。
- LED 驱动：可以直接驱动 LED，尤其是在需要较亮亮度的情况下。
- 继电器控制：适用于需要较高驱动能力的场合，如继电器或电机驱动器。

复用开漏输出 (Alternate Function Open-Drain Output)

在这种模式下，GPIO 引脚同样可以配置为执行多种不同的外设功能。然而，与推挽输出不同的是，开漏输出只能拉低电压（接地），不能主动提供高电平。通常需要外部或内部上拉电阻来确保高电平时的稳定性。

当 GPIO 设置为输入模式时，它就像一个传感器，用来检测外部信号的变化。

浮空输入 (Floating Input)：（x）
- 工作原理：这种模式下，GPIO 引脚没有内部上下拉电阻，因此它的状态是不确定的（“浮动”），容易受到外界干扰。
- 应用场景：不推荐使用，除非你有特定的需求并且能确保信号稳定。
上拉输入 (Pull-Up Input)：
- 工作原理：内部有一个电阻将引脚拉到高电平（通常是 VCC）。当外部电路将引脚拉低时，它可以检测到低电平。
- 应用场景：常用于按键检测。按下按键时，引脚被拉低；松开按键时，引脚回到高电平。
下拉输入 (Pull-Down Input)：
- 工作原理：内部有一个电阻将引脚拉到低电平（通常是 GND）。当外部电路将引脚拉高时，它可以检测到高电平。
- 应用场景：同样用于按键检测，但方式相反。按下按键时，引脚被拉高；松开按键时，引脚回到低电平。
模拟输入 (Analog Input)：
- 工作原理：这种模式允许 GPIO 引脚接收连续变化的电压值，而不是简单的高低电平。通过 ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号。
- 应用场景：用于读取传感器数据，如温度、湿度、光照强度等。