【STM32单片机专栏】一文搞懂GPIO八种工作模式

一文搞懂GPIO八种工作模式

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前言

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STM32单片机具有N组的通用输入/输出端口(GPIO)，每组为16个管脚，具体的 GPIO 组数会根据具体型号有所不同。GPIO允许用户配置管脚为不同的模式，帮助GPIO完成不同的功能。GPIO主要功能如下：
（1）输入模式：可以配置为浮空、模拟、上拉或下拉输入。
（2）输出模式：支持推挽输出、开漏输出，且可配置输出速度和状态。
（3）复用功能：许多 GPIO 还支持复用功能，用于其他外设如 UART、IIC、SPI、TIM等。
（4）中断功能：可以配置为触发中断，支持不同的触发方式（上升沿、下降沿、双边沿）。
GPIO的工作模式共有八种，其中输入模式有浮空输入、上拉输入、下拉输入和模拟输入；输出模式有推挽输出、复用推挽输出、开漏输出、复用开漏输出。本文将针对八种GPIO工作模式的工作原理和使用场景分别进行详细介绍。

上图为GPIO内部电路结构图(嵌入式软开可以只关注电路各部分的作用，不必深究具体工作原理)。
（1）GPIO 端口内部保护二极管：连接在 GPIO 引脚和 VDD（正电源）以及 VSS（地）之间，主要作用是防止电压过高或过低引入GPIO内烧坏芯片。首先是过压保护：当 GPIO 引脚的电压超出正常工作范围时（例如，电压过高），保护二极管会导通，将多余的电压导向 VDD，防止电压过高对 GPIO 和内部电路造成损害。其次是欠电压保护：当GPIO 引脚的电压低于地电平（VSS），保护二极管会将电流引导到 VSS，从而避免负电压对电路造成损害。要注意的是，即使有保护二极管，在设计电路时，仍然需要遵守 GPIO 引脚的最大电压范围。
（2）内部上下拉电阻：上下拉电阻通过将 GPIO 引脚设定为默认的稳定电平（高或低），防止在没有明确输入信号时引脚悬浮，从而避免了可能的干扰或误操作。具体来说，当只拉上拉电阻时，外部信号为低电平时