GPIO

GPIO 模式

模拟输入
浮空输入
下拉输入
上拉输入
开漏输出
- 只能输出低电平，类似于三极管的集电极，要输出高电平需要上拉电阻才能输出
- 开漏电路就是指以MOSFET的漏极为输出的电路。指内部输出和地之间有个N沟道的MOSFET（Q1），这些器件可以用于电平转换的应用。输出电压由Vcc’决定。Vcc’可以大于输入高电平电压VCC（up－translate）也可以低于输入高电平电压VCC（down－translate）。
- Open-drain输出，则是比push-pull少了个top transistor，只有那个bottom transistor。（就像push-pull中的那样）当bottom transistor关闭，则输出为高电平。此处没法输出高电平，想要输出高电平，必须外部再接一个上拉电阻（pull-up resistor）。Open-drain只能够漏电流（sink current），如果想要集电流（source current），则需要加一个上拉电阻。
推挽输出
- 既可以输出低电平，也可以输出高电平，其优点是可以直接驱动功耗不大的数字器件
- 输出的器件是指输出脚内部集成有一对互补的MOSFET，当Q1导通、Q2截止时输出高电平；而当Q1截止导通、Q2导通时输出低电平。
- Push-pull输出，实际上内部是用了两个晶体管（transistor），此处分别称为top transistor和bottom transistor。通过开关对应的晶体管，输出对应的电平。top transistor打开（bottom transistor关闭），输出为高电平；bottom transistor打开（top transistor关闭），输出低电平。Push-pull即能够漏电流（sink current），又可以集电流（source current）。其也许有，也许没有另外一个状态：高阻抗（high impedance）状态。除非Push-pull需要支持额外的高阻抗状态，否则不需要额外的上拉电阻。
复用开漏输出
复用推挽输出

详解

上拉
- 上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平，电阻同时起限流作用。
- 上拉电阻是用来解决总线驱动能力不足时提供电流的，一般说法是拉电流。提升电流和电压的能力是有限的，且弱强只是上拉电阻的阻值不同。
下拉
- 下拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在低电平，电阻同时起限流作用。
- 下拉电阻是用来吸收电流的，也就是我们通常所说的灌电流。
高阻态
- 高阻态，指的是电路的一种输出状态，既不是高电平也不是低电平，当 GPIO 引脚处于高阻态时，它的电平状态由上/下拉电阻确定。高阻态只有电容效应，没有电阻效应；阻抗很高很高，相当于断开。如果高阻态再输入下一级电路的话，对下级电路无任何影响，和没接一样，如果用万用表测的话有可能是高电平也有可能是低电平，随它后面接的东西定。
- 如果你的设备端口要挂在一个总线上，“必须通过三态缓冲器”。因为在一个总线上同时只能有一个端口作输出，这时其他端口必须在高阻态，同时“可以输入这个输出端口的数据”。所以你还需要有总线控制管理，访问到哪端口，那个端口的三态缓冲器才可以转入输出状态，这是典型的三态门应用。如果在线上没有两个以上的输出设备, 当然用不到三态门。
悬空和高阻态的区别
- 悬空(浮空，floating)：就是逻辑器件的输入引脚即不接高电平，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。
- 高阻态：从逻辑器件内部电路结构来说，就是其输出电阻很大，该状态即不是高电平，也不是低电平。当三态门处于高阻态时，无论该门的输入如何变化，都不会对其输出有贡献。
吸电流、拉电流输出、灌电流输出
- 拉即泄，主动输出电流，从输出口输出电流；
- 灌即充，被动输入电流，从输出端口流入；
- 吸则是主动吸入电流，从输入端口流入。
- 吸电流和灌电流就是从芯片外电路通过引脚流入芯片内的电流；区别在于吸收电流是主动的，从芯片输入端流入的叫吸收电流。灌入电流是被动的，从输出端流入的叫灌入电流；拉电流是数字电路输出高电平给负载提供的输出电流，灌电流时输出低电平是外部给数字电路的输入电流。这些实际就是输入、输出电流能力。

应用场景

上拉输入、下拉输入可以用来检测外部信号；例如，按键等；
浮空输入模式，由于输入阻抗较大，一般把这种模式用于标准通信协议的I2C、USART的接收端；
普通推挽输出模式一般应用在输出电平为0和3.3V的场合。而普通开漏输出模式一般应用在电平不匹配的场合，如需要输出5V的高电平，就需要在外部一个上拉电阻，电源为5V，把GPIO设置为开漏模式，当输出高阻态时，由上拉电阻和电源向外输出5V电平。
对于相应的复用模式（复用输出来源片上外设），则是根据GPIO的复用功能来选择，如GPIO的引脚用作串口的输出（USART/SPI/CAN），则使用复用推挽输出模式。如果用在I2C、SMBUS这些需要线与功能的复用场合，就使用复用开漏模式。
在使用任何一种开漏模式时，都需要接上拉电阻。

资料

GPIO 详解
开漏输出、推挽输出
GPIO 输出三态
吸电流、拉电流、灌电流、上下拉电阻、高阻态
上拉电阻&下拉电阻&高阻态
从硬件分析推挽输出和开漏输出详细区别

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