STM32單片機I/O的工作模式

最近有個朋友在設(shè)計低功耗設(shè)備，用的是STM32的主控，他知道我做過很多類似的超低功耗項目，于是向我咨詢了一些問題，其中就包括I/O口的幾種工作模式。今天我就詳細的來總結(jié)一下這幾種工作模式，讓大家在以后的設(shè)計中知其然也知其所以然。

先說說GPIO

在聊這8種工作模式之前，我想先說一下GPIO的概念—通用輸入輸出GeneralPurposeInputOutput簡稱GPIO，就是芯片引腳可以通過它們輸出高、低電平，也可以通過他們輸入、讀取引腳的電壓、電平狀態(tài)。

下面的8種工作模式我將圍繞下圖進行分析介紹，讀懂這一張圖大家基本就可以完全理解STM32的GPIO了。希望大家仔細的看一看。

四種不同的輸出模式

推挽輸出：該模式下引腳可以輸出高低電平，可連接、驅(qū)動數(shù)字器件。對于推挽有部分小伙伴可能不知道是啥意思，其實很簡單，就是兩個參數(shù)相同的NPN、PNP三極管或者NMOS、PMOS管以推挽方式存在于電路中，各負責正負半周波形放大的任務(wù)。兩只對稱管每次只有一個導通，損耗小效率高，既可以提高電路的帶負載能力，又可以提高開關(guān)速度。電路如下圖所示，大家可以到IO內(nèi)部圖里面對比著找一找。

開漏輸出：該模式下引腳就相當于連接到了上圖NMOS的漏極，PMOS關(guān)閉去掉不存在。這時該引腳只能輸出低電平，不能輸出高電平，需要引腳加上拉電阻，才能得到高電平。這時一定有小伙伴疑惑，這東西沒有推挽輸出好用啊，錯！開漏輸出是有一些特別的優(yōu)點的，比如：1、可用于連接與主控電平不匹配的器件，只需要將上拉電阻的上拉端連接到對方電平即可；2、以小博大，利用外部電路的驅(qū)動能力，減小內(nèi)部電流，內(nèi)部只需要很小的柵極驅(qū)動電流。缺點就是會有上升沿的延時，因為有上拉電阻的原因，這一點大家可以去閱讀一下我的上一篇關(guān)于電平匹配的文章，里面有介紹。

復用推挽輸出、復用開漏輸出：顧名思義該模式下就是將引腳復用為其他功能，不再是簡單的GPIO。像我們常用的UART、SPI等的輸出引腳就是復用的推挽輸出，而我們常用的I2C就是復用的開漏輸出，這時大家就應(yīng)該知道為什么我們在用I2C的時候需要上拉電阻了吧。這里給大家埋個伏筆——用I2C時為什么要開漏呢？知道的小伙伴可以在留言區(qū)回復，后面有機會分析I2C時我會詳細和大家來說。

四種不同的輸入模式

浮空輸入：這種輸入模式一般多用于檢測外部高低電平狀態(tài)，比如按鍵等。大家結(jié)合下面的IO內(nèi)部圖來看，浮空輸入時上下拉電阻都沒有連接，引腳電平狀態(tài)不確定，如果引腳懸空時這種模式下讀出來的數(shù)據(jù)是沒意義的。

上拉、下拉輸入：基本看名字大家就已經(jīng)知道這種模式是怎么回事了，上圖中如果上面紅圈電阻接入就是上拉輸入，下面紅圈電阻接入就是下拉輸入。上一段我說過按鍵輸入檢測用浮空輸入模式，如果用上拉、下拉模式就更簡單了，就可以省掉外部的上下拉電阻節(jié)約項目成本。

模擬輸入：這個模式也是我們非常常用的了，那就是引腳設(shè)置為STM32內(nèi)部ADC的模擬信號輸入。值得注意的是這種模式就不是所有的IO都有的功能了，需要帶ADC的IO口才可以設(shè)置。

補充說明些東西

關(guān)于IO引腳內(nèi)部的兩個保護二極管，很久以前看到有人說是用來鉗位的，后來我在參加ST的研討會時問過官方，官方答復說并不是用于鉗位的而是用于做ESD保護的。當引腳作為ADC輸入的時候我們必須保證輸入模擬信號不超過3.6V，5V是不可以的。

上面說了芯片引腳內(nèi)部有二極管保護，但是我建議大家在做設(shè)計時如果引腳引出板外最好格外再加TVS二極管來做加強保護，因為引腳連出板外很容易受靜電等外界因素傷害。比如下載接口，我在空間充足的時候都會放上一個SOT-23的TVS二極管來做保護。

總結(jié)

到這里大家會發(fā)現(xiàn)我今天所講的都是硬件層面的，而非軟件層面上的具體設(shè)置。其實如果大家從硬件層面搞懂這幾種模式，軟件上就簡單了，按照datasheet上面的說明進行配置就可以了。

最后來說一下近況，臨近年底工作上比較忙，之前說的幾個項目都跳票了，實在抱歉。但是大家不要擔心，忙過這會我會騰出更多時間投身于開源項目，2020年我給自己制定的目標之一就是做更多的開源項目與大家分享。
責任編輯人：CC