STM32的8种GPIO输入输出模式深入详解

输入模式

    -输入浮空（GPIO_Mode_IN_FLOATING）

    -输入上拉(GPIO_Mode_IPU)

    -输入下拉(GPIO_Mode_IPD)

    -模拟输入(GPIO_Mode_AIN)

输出模式

    -开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD)

    -开漏复用功能(GPIO_Mode_AF_OD)

    -推挽式输出(GPIO_Mode_Out_PP)

    -推挽式复用功能(GPIO_Mode_AF_PP)

输入浮空：浮空就是逻辑器件与引脚即不接高电平，也不接低电平。由于逻辑器件的内部结构，当它输入引脚悬空时，

相当于该引脚接了高电平。一般实际运用时，引脚不建议悬空，易受干扰。通俗讲就是浮空就是浮在空中，就相当于此端口在默认情况下什么都不接，呈高阻态，这种设置在数据传输时用的比较多。浮空最大的特点就是电压的不确定性，它可能是0V，页可能是VCC，还可能是介于两者之间的某个值（最有可能） 浮空一般用来做ADC输入用，这样可以减少上下拉电阻对结果的影响

输入上拉模式：上拉就是把点位拉高，比如拉到Vcc。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平。电阻同时起到限流的作用。弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分

输入下拉：就是把电压拉低，拉到GND。与上拉原理相似

模拟输入：模拟输入是指传统方式的输入，数字输入是输入PCM数字信号，即0,1的二进制数字信号，通过数模转换，

转换成模拟信号，经前级放大进入功率放大器，功率放大器还是模拟的

开漏输出：输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行，适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强（一般20mA以内）

开漏形式的电路有以下几个特点：

1. 利用外部电路的驱动能力，减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时，驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up ，MOSFET到GND。IC内部仅需很下的栅极驱动电流。

2. 一般来说，开漏是用来连接不同电平的器件，匹配电平用的，因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时，只能输出低电平，如果需要同时具备输出高电平的功能，则需要接上拉电阻，很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压，便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。(上拉电阻的阻 决定了逻辑电平转换的沿的速度 。阻 越大，速度越低功耗越小，所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。)

3. OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式，但是也有其弱点，就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电，所以当电阻选择小时延时就小，但功耗大;反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求，则建议用下降沿输出。

4. 可以将多个开漏输出的Pin，连接到一条线上。通过一只上拉电阻，在不增加任何器件的情况下，形成“与逻辑”关系。这也是I2C，SMBus等总线判断总线占用状态的原理。补充:什么是“线与”?:

在一个结点(线)上, 连接一个上拉电阻到电源 VCC 或 VDD 和 n 个 NPN 或 NMOS 晶体管的集电极 C 或漏极 D, 这些晶体管的发射极 E 或源极 S 都接到地线上, 只要有一个晶体管饱和, 这个结点(线)就被拉到地线电平上. 因为这些晶体管的基极注入电流(NPN)或栅极加上高电平(NMOS),晶体管就会饱和, 所以这些基极或栅极对这个结点(线)的关系是或非 NOR 逻辑. 如果这个结点后面加一个反相器, 就是或 OR 逻辑.

其实可以简单的理解为:在所有引脚连在一起时，外接一上拉电阻，如果有一个引脚输出为逻辑0，相当于接地，与之并联的回路“相当于被一根导线短路”，所以外电路逻辑电平便为0，只有都为高电平时，与的结果才为逻辑1。

开漏复用功能：可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用IO口使用）。端口必须配置成复用功能输出模式（推挽或开漏）

推挽式输出：可以输出高，低电平，连接数字器件;推挽结构一般是指两个三级管分别受到互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源低定。

推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形方法任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小，效率高。输出即可以向负载灌电流。推拉式输出级即提高电路的负载能力，又提高开关速度

推挽式复用功能：可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（并非作为通用IO口使用）

在STM32中选用IO模式

(1) 浮空输入_IN_FLOATING --浮空输入，可以做KEY识别，RX1

(2)带上拉输入_IPU--IO内部上拉电阻输入

(3)带下拉输入_IPD-- IO内部下拉电阻输入

(4) 模拟输入_AIN --应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电

(5)开漏输出_OUT_OD --IO输出0接GND，IO输出1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。当输出为1时，IO口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化，实现C51的IO双向功能

(6)推挽输出_OUT_PP --IO输出0-接GND， IO输出1 -接VCC，读输入 是未知的

(7)复用功能的推挽输出_AF_PP --片内外设功能(I2C的SCL,SDA)

(8)复用功能的开漏输出_AF_OD--片内外设功能(TX1,MOSI,MISO.SCK.SS)

GPIO的主要寄存器

    每个GPIO端口都有

        -两个32位配置寄存器（GPIOx_CRL  ,  GPIOx_CRH）

        -两个32位数据寄存器（GPIOx_IDR  和  GPIOx_ODR）

        -一个32位置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR）

        -一个16位复位寄存器（GPIOx_BRR）

        -一个32位锁定寄存器（GPIOx_LCKR）

每个I/O端口位可以自由编程，然而I/O端口寄存器必须按32位字被访问(不允许半字或字节访问)

端口配置低寄存器（GPIOx_CRL）

端口配置高寄存器（GPIOx_CRH）

端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR)

端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR)