STM32--GPIO-优快云博客

一、GPIO介绍

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上图注解：

1. 保护二极管 (Protection Diodes)

在图中，它们通常被画在I/O引脚的两侧，一端连接到VDD（电源），另一端连接到VSS（地）。

作用：静电放电保护和过压钳位。
工作原理：
- 当引脚上的电压意外地高于VDD（例如，由静电引起）时，上方连接到VDD的二极管会正向导通，将高电压泄放到电源轨上，防止内部精密电路被击穿。
- 当引脚上的电压意外地低于VSS（例如，负电压静电）时，下方连接到VSS的二极管会正向导通，将负电压钳位到地电平。
重要性：这是防止芯片在恶劣电气环境中被损坏的第一道防线。注意：它们不能用于承受持续的过压或作为稳压电路，大电流会使其烧毁。

2. 上下拉电阻 (Pull-up / Pull-down Resistors)

在图中，它们通常通过一个开关（MOSFET）连接到VDD（上拉）或VSS（下拉）。

作用：确保引脚在悬空（未连接或高阻态）时有一个确定的逻辑电平，防止其电平随机浮动。
工作原理：
- 上拉电阻：当开关闭合，电阻将引脚通过高阻值电阻连接到VDD，使引脚在悬空时保持稳定的高电平。
- 下拉电阻：当开关闭合，电阻将引脚通过高阻值电阻连接到VSS，使引脚在悬空时保持稳定的低电平。
应用场景：
- 配置为输入时，用于读取开关状态（如按键，按下时连接到地，松开时由上拉电阻拉高）。
- 在开漏输出模式下，上拉电阻是必需的，用于提供高电平。

3. 肖特基二极管 (Schottky Diodes)

在标准的GPIO框图里，保护二极管通常是普通的PN结二极管。但肖特基二极管因其低正向压降和高速开关特性，有时也会被用于高性能或低电压应用的I/O保护电路中。

作用（如果使用）：更快速、更高效的钳位保护。
优势：相比普通PN结二极管（约0.7V压降），肖特基二极管的压降更低（约0.2-0.3V）。这意味着在过压发生时，它能更早、更快地导通，为敏感电路提供更迅速的保护，尤其是在低电压供电的芯片中。

4. MOS管 (MOSFETs) - P-MOS 和 N-MOS

它们是GPIO输出能力的核心，构成了输出驱动器。

作用：驱动负载，提供电流输出能力。
工作原理（推挽输出模式）：
- P-MOS：作为上拉开关。当输出高电平时，P-MOS导通，N-MOS截止，电流从VDD通过P-MOS流向引脚，对外输出高电平。
- N-MOS：作为下拉开关。当输出低电平时，N-MOS导通，P-MOS截止，电流从引脚通过N-MOS流向VSS，将引脚拉低至地电平。
其他模式：
- 开漏输出：在此模式下，P-MOS被永久禁用。只有N-MOS工作。当N-MOS导通时，输出低电平；当N-MOS截止时，引脚呈高阻态，电平由外部上拉电阻决定。这种模式便于电平转换和实现“线与”逻辑。