單片機中常見GPIO的八種工作模式詳解

今天給大家講解一下 GPIO 基礎。

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GPIO 是通用輸入/輸出端口的簡稱，是 STM32 可控制的引腳。GPIO 的引腳與外部硬件設備連接，可實現(xiàn)與外部通訊、控制外部硬件或者采集外部硬件數(shù)據(jù)的功能。

STM32的八種GPIO口模式

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1） GPIO_Mode_AIN 模擬輸入；
2） GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空輸入；
3） GPIO_Mode_IPD 下拉輸入；
4） GPIO_Mode_IPU 上拉輸入；

5） GPIO_Mode_Out_OD 開漏輸出；
6） GPIO_Mode_Out_PP 推挽輸出；
7） GPIO_Mode_AF_OD 復用開漏輸出；
8） GPIO_Mode_AF_PP 復用推挽輸出。

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STM32 普通 GPIO 內部邏輯圖

保護二極管：IO引腳上下兩邊兩個二極管用于防止引腳外部過高、過低的電壓輸入。當引腳電壓高于VDD時，上方的二極管導通；當引腳電壓低于VSS時，下方的二極管導通，防止不正常電壓引入芯片導致芯片燒毀。也叫鉗位二極管。

P-MOS管和N-MOS管：由P-MOS管和N-MOS管組成的單元電路使得GPIO具有“推挽輸出”和“開漏輸出”的模式。

TTL肖特基觸發(fā)器：信號經過觸發(fā)器后，模擬信號轉化為0和1的數(shù)字信號。但是，當GPIO引腳作為ADC采集電壓的輸入通道時，用其“模擬輸入”功能，此時信號不再經過觸發(fā)器進行TTL電平轉換。（可以理解為一個比較器，大于某個值是1，小于某個值是0）

查看《STM32中文參考手冊V10》中的GPIO的表格時，會看到有“FT”一列，這代表著這個GPIO口時兼容3.3V和5V的；如果沒有標注“FT”，就代表著不兼容5V。比如STM32F103VET6的GPIOE口那一組全部兼容5V，其他組是部分兼容5V。

備注：導通路徑為黃色部分。

1、模擬輸入 GPIO_Mode_AIN

此模式可以檢測外部輸入的模擬電壓，可以檢測電壓值，只要不高于Vcc即可。

2、浮空輸入 GPIO_MODE_IN_FLOATING

此模式最常用的是檢測按鍵，可以接收高低電平。但容易被干擾。

3、下拉輸入GPIO_Mode_IPD

此模式檢測到電平默認為低，可以檢測到由低到高的電平變化。

4、上拉輸入GPIO_Mode_IPU

此模式檢測到電平默認為高，可以檢測到由高到低的電平變化。

5、開漏輸出GPIO_Mode_Out_OD

開漏輸出用于輸出低電平，高電平靠外部上拉電阻電壓決定，適用于快速切換電壓的外部電路結構。

6、推挽輸出GPIO_Mode_Out_PP

推挽輸出用于輸出高低電平，是最常用的模式。

7、復用開漏輸出GPIO_Mode_AF_OD

復用 IIC 時候選擇復用開漏輸出，因為開漏輸出可以“線與”。

8、復用推挽輸出GPIO_Mode_AF_PP

其他復用比如 SPI 等可以選擇復用推挽輸出。

什么是推挽結構和推挽電路？

推挽結構一般是指兩個參數(shù)相同的三極管或MOS管分別受兩互補信號的控制，總是在一個三極管或MOS管導通的時候另一個截止。高低電平由輸出電平決定。

推挽輸出和開漏輸出

左側為推挽輸出，可以輸出高低電平。右側為開漏輸出，只能輸出低電平，高電平靠外部上拉電阻決定。

圖中所示為三極管，也可以叫開集輸出（集電極開路輸出），開漏輸出是當這個管子為MOS管，漏極開路輸出，叫開漏輸出。

推挽輸出：上面三級管導通，輸出高電平，下面三極管導通，輸出低電平。

開漏輸出：三極管導通輸出低電平，三極管截止是高阻態(tài)，電平由外部上拉電阻決定。

推挽輸出高電平（向負載推流）：

推挽輸出低電平（從負載拉流）：

　　審核編輯：湯梓紅