GPIO的工作模式

1、4種輸入模式

（1）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空輸入

（2）GPIO_Mode_IPU 上拉輸入

（3）GPIO_Mode_IPD 下拉輸入

（4）GPIO_Mode_AIN 模擬輸入

2、4種輸出模式

（5）GPIO_Mode_Out_OD 開汲極輸出（帶上拉或者下拉）

（6）GPIO_Mode_AF_OD 複用開汲極輸出（帶上拉或者下拉）

（7）GPIO_Mode_Out_PP 推輓輸出（帶上拉或者下拉）

（8）GPIO_Mode_AF_PP 複用推輓輸出（帶上拉或者下拉）

3、4種最大輸出速度

（1）400KHZ (低速)

（2）2MHZ (中速)

（3）10MHZ (快速)

（4）40MHZ (高速)

我們所用到的每一個GPIO其內部結構都是這樣，分別對應着GPIO的八種模式 這裏我們簡單的介紹下：

• 保護二極體： IO引腳上下兩邊兩個二極體用於防止引腳外部過高、過低的電壓輸入，當引腳電壓高於VDD_FT時，上方的二極體導通，當引腳電壓低於VSS時，下方的二極體導通，防止不正常電壓引入晶片導致晶片燒燬

• 上拉、下拉電阻：控制接腳默認狀態的電壓，開啓上拉的時候接腳默認電壓爲高電平，開啓下拉的時候接腳默認電壓爲低電平

• TTL施密特觸發器：基本原理是當輸入電壓高於正向轉態值電壓，輸出爲高；當輸入電壓低於負向轉態值電壓，輸出爲低；IO口信號經過觸發器後，模擬信號轉化爲0和1的數字信號 也就是高低電平 並且是TTL電位協議 這也是爲什麼STM32是TTL電位協議的原因

• P-MOS和N-MOS：信號由P-MOS和N-MOS，依據兩個MOS的工作方式，使得GPIO具有“推輓輸出”和“開汲極輸出”的模式 P-MOS管高電平導通，低電平關閉，下方的N-MOS低電平導通，高電平關閉

IO內部接上拉電阻，此時如果IO口外部沒有信號輸入或者引腳懸空，IO口默認爲高電平 如果I/O口輸入低電平，那麼引腳就爲低電平，MCU讀取到的就是低電平

STM32的內部上拉是"弱上拉"，即通過此上拉輸出的電流是很弱的，如要求大電流還是需要外部上拉。

IO內部接下拉電阻，此時如果IO口外部沒有信號輸入或者引腳懸空，IO口默認爲低電平 如果I/O口輸入高電平，那麼引腳就爲高電平，MCU讀取到的就是高電平

當GPIO引腳用於ADC採集電壓的輸入通道時，用作"模擬輸入"功能，此時信號不經過施密特觸發器，直接直接進入ADC模塊，並且輸入數據暫存器爲空 ，CPU不能在輸入數據暫存器上讀到接腳狀態

當GPIO用於模擬功能時，接腳的上、下拉電阻是不起作用的，這個時候即使配置了上拉或下拉模式，也不會影響到模擬信號的輸入輸出

除了 ADC 和 DAC 要將 IO 配置爲模擬通道之外其他外設功能一律 要配置爲複用功能模式，

在開汲極輸出模式時，只有N-MOS工作，如果我們控制輸出爲0，低電平，則P-MOS關閉，N-MOS導通，使輸出低電平，I/O端口的電平就是低電平，若控制輸出爲1時，高電平，則P-MOS和N-MOS都關閉，輸出指令就不會起到作用，此時I/O端口的電平就不會由輸出的高電平決定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉決定 如果沒有上拉或者下拉 IO口就處於懸空狀態

並且此時施密特觸發器是打開的，即輸入可用，通過輸入數據寄存器GPIOx_IDR可讀取I/O的實際狀態。，I/O口的電平不一定是輸出的電平

在推輓輸出模式時，N-MOS和P-MOS都工作，如果我們控制輸出爲0，低電平，則P-MOS關閉，N-MOS導通，使輸出低電平，I/O端口的電平就是低電平，若控制輸出爲1 高電平，則P-MOS導通N-MOS關閉，使輸出高電平，I/O端口的電平就是高電平， 外部上拉和下拉的作用是控制在沒有輸出時IO口電平

此時施密特觸發器是打開的，即輸入可用，通過輸入數據暫存器GPIOx_IDR可讀取I/O的實際狀態。I/O口的電平一定是輸出的電平

GPIO複用爲其他外設，輸出數據寄存器GPIOx_ODR無效； 輸出的高低電平的來源於其它外設，施密特觸發器打開，輸入可用，通過輸入數據暫存器可獲取I/O實際狀態 除了輸出信號的來源改變 其他與開汲極輸出功能相同

GPIO複用爲其他外設(如 I2C、SPI)，輸出數據寄存器GPIOx_ODR無效； 輸出的高低電平的來源於其它外設，施密特觸發器打開，輸入可用，通過輸入數據暫存器可獲取I/O實際狀態 除了輸出信號的來源改變 其他與開汲極輸出功能相同

在STM32中選用IO模式:

• 上拉輸入、下拉輸入可以用來檢測外部信號；例如，按鍵等；

• 模擬輸入 ——應用ADC模擬輸入，或者低功耗下省電

• 開汲極輸出一般應用在I2C、SMBUS通訊等需要"線與"功能的匯流排電路中。

• 推輓輸出模式一般應用在輸出電平爲0和3.3伏而且需要高速切換開關狀態的場合。在STM32的應用中，除了必須用開汲極模式的場合，我們都習慣使用推輓輸出模式。

• 複用功能的推輓輸出_AF_PP ——片內外設功能（I2C的SCL,SDA）

• 複用功能的開汲極輸出_AF_OD——片內外設功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）

GPIO的主要暫存器

每個GPIO埠都有

-兩個32位配置暫存器（GPIOx_CRL , GPIOx_CRH）

-兩個32位資料暫存器（GPIOx_IDR 和 GPIOx_ODR）

-一個32位置位/復位暫存器（GPIOx_BSRR）

-一個16位復位暫存器（GPIOx_BRR）

-一個32位鎖定暫存器（GPIOx_LCKR）

每個I/O埠位可以自由程式設計，然而I/O埠暫存器必須按32位字被訪問(不允許半字或位元組訪問)