跑马灯实验（寄存器版）-GPIO的使用方法

整理：小嵌儿

出品：嵌入式协会

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        本文通过寄存器开发方式控制stm32F103上的2个LED(连接PB5和PE5）交替闪烁。通过本文的学习，你将初步掌握stm32基本I/O输出方式的使用，而这也是迈向stm32的第一步。

stm32 GPIO的八种工作模式

一、模式介绍

1、四种输入模式：

（1）GPIO_Mode_AIN         模拟输入 (Analog Input)
（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入 (Floating Input)
（3）GPIO_Mode_IPD         下拉输入 (Input Pull-down)
（4）GPIO_Mode_IPU         上拉输入 (Input Pull-up)

2、 四种输出模式：

（5）GPIO_Mode_Out_OD      开漏输出 (Open Drain Output)
（6）GPIO_Mode_Out_PP      推挽式输出 (Push-Pull Output)
（7）GPIO_Mode_AF_OD       开漏复用功能 (Open Drain Alternate Function)
（8）GPIO_Mode_AF_PP       推挽式复用功能 (Push-Pull Alternate Function)

二、模式框图

保护二极管：IO引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。

        当引脚电压高于VDD时，上方的二极管导通；当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。也叫钳位二极管。

P-MOS管和N-MOS管：

        由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”（两个管子同时使用）和“开漏输出”（只使用一个管子）的模式。

TTL肖特基触发器：

        信号经过触发器后，模拟信号转化为0和1的数字信号。但是，当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时，用其“模拟输入”功能，此时信号不再经过施密特触发器进行TTL电平转换。（可以理解为一个比较器，大于某个值是1，小于某个值是0）

三、模式解析
1、模拟输入(Analog Input)
        模拟输入，即关闭施密特触发器，将电压信号传送到片上外设模块（不接上、下拉电阻）。通常是用于ADC采集电压输入通道，进行AD转换。此模式可以检测外部输入的模拟电压，可以检测电压值，只要不高于VCC即可。

2、浮空输入 (Floating Input)
        浮空输入。浮空输入状态下，I/O的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定，如果在该引脚悬空的情况下，读取该端口的电平是不确定的。
        通常该模式用于接一些传感器的信号端或者按键检测等外设，通过读取外部信号的电平变化确定该状态，但容易被干扰。

3、下拉输入 (Input Pull-down)
        下拉输入，单片机内部接下拉电阻，作用就是把默认电压拉成低电平 ，相当于单片机上电后在该模式下默认GPIO引脚为低电平。可以检测到由低到高的电平变化，当外部输入一个高电平时，该引脚也会变成高电平。

下拉模式的应用场景包括： 

• 按键输入：当按键未按下时，输入引脚被下拉到低电平；按下按键时，引脚被拉到高电平‌。

• 某些传感器或外部设备：需要一个默认低电平状态来稳定信号输入‌。

• 减少电磁干扰‌：通过将输入引脚接地，可以降低外界干扰的影响。

4、上拉输入 (Input Pull-up)
        上拉输入，单片机内部接上拉电阻，作用就是把默认电压拉高 ，相当于单片机上电后在该模式下默认GPIO引脚为高电平。可以检测到由高到低的电平变化，当外部输入一个低电平时，该引脚也会变成低电平。

上拉模式的具体应用场景包括：

• ‌读取外部信号‌：在上拉模式下，当外部信号不确定时，通过上拉电阻将电平钳位在高电平，方便单片机读取外部信号的电平变化‌。

• ‌减少干扰‌：上拉电阻可以起到限流作用，防止外部信号直接连接到单片机引脚，减少干扰和保护单片机‌。

• ‌默认高电平‌：在没有外部信号输入时，上拉输入模式下，GPIO引脚默认会输入一个高电平，适用于需要高电平启动的设备或电路‌。