STM32 GPIO工作模式

1. GPIO简介

  GPIO 是通用输入输出端口的简称，简单来说就是 STM32 可控制的引脚，STM32 芯片的 GPIO 引脚与外部设备连接起来，从而实现与外部通讯、控制以及数据采集的功能。STM32 芯片的 GPIO 被分成很多组，每组最多 16 个 IO 口，组数视芯片而定。比如：STM32F407ZGT6 芯片是 144 脚的芯片，分为 7 组，分别是：GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF 和 GPIOG，其中 112 个 IO 口是 GPIO 引脚，所有的 GPIO引脚都有基本的输入输出功能。
  最基本的输出功能：是由 STM32 控制引脚输出高、低电平，实现开关控制，如把 GPIO 引脚接入到 LED 灯，那就可以控制 LED 灯的亮灭，引脚接入到继电器或三极管，那就可以通过继电器或三极管控制外部大功率电路的通断。
  最基本的输入功能：是检测外部输入电平，如把 GPIO 引脚连接到按键，通过电平高低区分按键是否被按下。

2. GPIO工作模式

GPIO 工作模式	模式描述	应用场景
1.输入浮空	用于读取外部信号的电平	1.外部电路已经提供了上拉或下拉电阻
2.输入上拉	上拉电阻将引脚拉至高电平，用于确保引脚在未连接外部 信号时保持稳定的电平。	1.按键检测：确保按键未按下时引脚为高电平 2.信号抗干扰：减少外部噪声对引脚电平的影响
3.输入下拉	下拉电阻将引脚拉至低电平，用于确保引脚在未连接外部 信号时保持稳定的电平。	1.信号抗干扰：减少外部噪声对引脚电平的影响
4.模拟	引脚的数字输入和输出功能被禁用，用于连接模拟信号。	1.ADC 输入：连接模拟传感器（如温度传感器） 2.DAC 输出：输出模拟信号（如音频信号）
5.开漏输出	只能输出低电平或高阻态，外部上拉电阻才能提供高电平。	1.I2C 总线：SDA 和 SCL 通常配置为开漏输出 2.电平转换：用于不同电压电平之间的信号转换 3.多设备共享信号线：如中断信号线
6.推挽输出	可以输出高低电平，驱动能力强，适合驱动大电流负载。	1.LED 控制：直接驱动 LED 2.电机控制：驱动电机驱动器 3.数字信号输出：输出高电平或低电平信号
7.开漏式复用	同<开漏输出>	同<开漏输出>
8.推挽式复用	同<推挽输出>	同<推挽输出>

 

最右边的 I/O 引脚就是我们可以看到的芯片实物的引脚，其他部分都是 GPIO 的内部结构。
① 保护二极管
保护二极管共有两个，用于保护引脚外部过高或过低的电压输入。当引脚输入电压高于VDD 时，上面的二极管导通，当引脚输入电压低于 VSS 时，下面的二极管导通，从而使输入芯片内部的电压处于比较稳定的值。虽然有二极管的保护，但这样的保护却很有限，大电压大电流的接入很容易烧坏芯片。如 STM32 的引脚能直接外接大功率驱动器件（电机），强制驱动要么电机不转，要么导致芯片烧坏，必须要加大功率及隔离电路驱动。

② 上拉、下拉电阻
它们阻值大概在 30~50K 欧之间，可以通过上、下两个对应的开关控制，这两个开关由寄存器控制。当引脚外部的器件没有干扰引脚的电压时，即没有外部的上、下拉电压，引脚的电平由引脚内部上、下拉决定，开启内部上拉电阻工作，引脚电平为高，开启内部下拉电阻工作，则引脚电平为低。同样，如果内部上、下拉电阻都不开启，这种情况就是我们所说的浮空模式。浮空模式下，引脚的电平是不可确定的。引脚的电平可以由外部的上、下拉电平决定。需要注意的是，ST