STM32笔记——GPIO

GPIO简介

GPIO是通用输出输入端口的简称，简单来说就是STM32可控制的引脚，STM32芯片的GPIO引脚与外部设备连接起来，从而实现与外部通讯、控制以及数据采集功能。

GPIO的基本结构

1、保护二极管与上下拉电阻

当外部输入电压高于VDD的电压时，上方的保护二极管导通，当外部输入电压底于Vss的电压时，上方的保护二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。

2、P-MOS管和N-MOS管

在输出模式部分，线路经过一个由'P-MOS'和'N-MOS'组成的结构，这个结构使其拥有'推挽输出'和'开漏输出'的功能。

3、TTL肖特基触发器

4、IO耐压

STM32是一款3.3V电压的芯片，IO输出是3.3V,但IO大部分都是可以容忍5V电压输入。一般在芯片手册的“引脚定义”章节可以查看到有FT标识表示该IO可以容忍5V电压输入。

GPIO的工作模式

GPIO的输入

GPIO的输出可以细分为4种工作模式：上拉输入、下拉输入、模拟输入、浮空输入。

1、输入上拉（GPIO_Mode_IPU）

上拉电阻：将一个不确定的信号（高电平/低电平），通过一个电阻与电源VCC相连，固定在高电平。上拉电阻的目的是为了保证在无信号输入时输入端的电平为高电平。

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。

2、输入下拉（GPIO_Mode_IPD）

下拉电阻：将一个不确定的信号（高电平/低电平），通过一个电阻与地线GND相连，固定在低电平。下拉电阻是为了保证无信号输入时输入端的电平为低电平。

下拉就是把点位拉低，比如拉到GND。下拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在低电平。电阻同时起到限流的作用。弱强只是下拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分。

3、模拟输入（GPIO_Mode_AIN）

模拟输入用于ADC的采集。

4、输入浮空（GPIO_Mode_IN_FLOATING）

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。

此时的GPIO引脚是处在高阻状态的，浮空输入的电平是不确定的，完全取决于外部的输入。

浮空输入多用于外部按键输入、标准通信协议的I2C、USART的接收端；

GPIO的输出

GPIO的输出可以细分为4种工作模式：开漏输出、推挽输出、复用开漏输出、复用推挽输出。

1、推挽输出（GPIO_Mode_Out_PP）

推挽模式时双 MOS 管以轮流方式工作。当输入端口输入高电平，上部开关管导通，下部开关管关闭，VDD被推到OUT端口，相当于输出高电平；当输入端口输入低电平，上部开关管关闭，下部开关管导通，OUT端口接地，相当于输出低电平。

2、开漏输出（GPIO_Mode_Out_OD）

只有 N-MOS 管工作。当输入端口输入低电平，开关管导通，OUT端接地，相当于输出低电平；当输入端口输入高电平，开关管关闭，相当于输出高电平。

注：正常使用时必须外部上拉电阻。

3、推挽和开漏复用功能

可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况。（并非作为通用IO口使用）

 推挽输出和开漏输出的对比

推挽输出模式一般应用在输出电平为0和3.3V而且需要高速切换开关的状态的场合。除了必须用开漏模式的场合，一般习惯使用推挽输出模式。

开漏输出模式一般应用在I2C、spi通信等需要“线与”功能的电路中。

就电流的大小而言，开漏输出是弱电流（基本算是没有电流）只是给外部一个电平信号，没有驱动能力，而推挽输出是强电流是具有推动（驱动）性的。

参考：

《【野火】stm32HAL库实战开发指南---基于F103系列开发板》

《STM32F10x——中文开发手册》