STM32 GPIO的8种工作模式与应用场合

1、GPIO的全称是General-purpose input/output，意为通用输入/输出接口，PIN脚依现实考量可选择通用输入模式（GPI）通用输出模式（GPO）以及通用输入输出模式（GPIO），在STM32中，GPIO的工作模式被细分为8种，由4个32位寄存器共同控制。

2、GPIO端口的硬件结构框图如下图所示：

需要注意的是：在下文中并不会对GPIO各个工作模式电路的工作原理进行详细解析，而是着重分析各个模式的特点和在不同场合下的具体应用。

3、GPIO的结构决定了GPIO可以被配置成以下模式：

    typedef enum     {      GPIO_Mode_AIN = 0x0, //  模拟输入          GPIO_Mode_IN_FLOATING  = 0x04, // 浮空输入          GPIO_Mode_IPD  = 0x28, // 下拉输入         GPIO_Mode_IPU  = 0x48, // 上拉输入          GPIO_Mode_Out_OD  = 0x14, // 开漏输出          GPIO_Mode_Out_PP  = 0x10, // 推挽输出          GPIO_Mode_AF_OD  = 0x1C, // 复用开漏输出         GPIO_Mode_AF_PP = 0x18 // 复用推挽输出        } GPIOMode_TypeDef;

4、4种输入模式

浮空输入模式：数据通道中仅接入TTL触发器（作用是将相对缓慢变化的模拟信号变成矩形信号）整形，随后输入输入数据寄存器，该种工作模式未接入任何上拉/下拉电阻。模式特点：在该引脚悬空（无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。适用场合：外部按键输入/USART RX引脚。
上拉输入模式：与浮空输入模式相比，仅仅是在数据通道前端接入了一个上拉电阻，其余无变化。模式特点：在无信号输入时端口电位受上拉电阻钳制，I/O端口输入电平始终保持为高电平；而当端口输入电平为低电平时，I/O端口输入电平为低电平。适用场合：需要IO内部上拉电阻输入时，器件的外部中断（IRQ）引脚触发中断条件为下降沿触发/低电平触发，这样在无信号输入时始终保持高电平，如果有事件触发中断IRQ可以输出一个低电平，进而可产生（下降沿/低电平）中断。例如单片无线收发器芯片NRF24L01的IRQ引脚的工作模式即为上拉输入模式。
下拉输入模式：与浮空输入模式相比，仅仅是在数据通道前端接入了一个下拉电阻，其余无变化。模式特点：在无信号输入时端口电位受下拉电阻钳制，I/O端口输入电平始终保持为低电平；而当端口输入电平为高电平时，I/O端口输入电平为高电平。适用场合：需要IO内部下拉电阻输入时，器件的外部中断（IRQ）引脚触发中断条件为上升沿触发/高电平触发时，该端口可以选择下拉输入模式。
模拟输入模式：数据通道不接入任何处理单元（TTL触发器/钳制电阻），直接输入MCU内部的处理单元。模式特点：相较于其他输入模式只能读取到逻辑高/低电平（数字量），该模式能读取到细微变化的值（模拟量）。适用场合：ADC模拟输入/低功耗下省电。

5、4种输出模式

推挽输出：输出具有驱动能力，当CPU输出逻辑’0’时，I/O端口输出低电平，而当CPU输出逻辑’1’时，I/O端口输出高电平，通常作为普通的GPIO用于驱动LED、数码管等电子元器件或输出控制某个信号。
开漏输出：适合做电流型的驱动，其吸收电流能力较强。当CPU输出逻辑’0’时，I/O端口输出低电平，而当CPU输出逻辑’1’时，该引脚处于开漏，也就是浮空状态（高阻态），如果想输出高电平则必须接入上拉电阻。同时IO口可以由外部电路改变为低电平或不变，即可读IO输入电平变化，实现了I/O端口的双向功能；此外，可以将多路开漏输出的引脚连接到一条线上，通过一个上拉电阻，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。
复用推挽输出：在STM32中，一个引脚通常可作为普通GPIO来使用，但通常有多个复用模块对应着同一个引脚，那么当这个GPIO作为内置外设引脚时，就叫做复用模式。适用场合：常见片内外设（USART TX引脚/SPI/PWM输出等等）
复用开漏输出：与开漏输出特性一致，只不过引脚选择了复用功能。适用场合：常见片内外设（I2C/SMBus等等）

注意事项：当GPIO引脚的主功能为驱动片上外设（如I2C）时，此时也可选择对应推挽/开漏输出模式而不启用复用引脚功能。此外如果有多个复用功能模块对应同一个引脚，只能使能其中之一，其它模块保持非使能状态。

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