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2.1GPIO的基础知识

GPIO(General-Purpose input/output,通用输入/输出接口)

用于感知外部信号（输入模式）和控制外部设备（输出模式）

• 简单模块：LED,按键，蜂鸣器，温度传感器，使用一个GPIO就可以完成数据的传输/

控制

• 复杂一点的模块OLED，FLASH,六轴传感器需要多个引脚组成“协议”传输数据，

USART,IIC,SPI等协议

• MCU单片机大都采用引脚复用模式也就是一个GPIO，可以直接控制它输出高低电平，也可以设置为某个协议的引脚之一。此外，一些MCU的引脚，还能设置为ADC模式读取模拟信号或者设置为DAC模式输出模拟信号

系统架构

2.2 IO八种工作模式

GPIO结构图

1、STM32 IO工作模式

输出模式有四种：推挽输出，开漏输出，复用开漏，复用推挽

输入模式有四种:上拉输入，下拉输入，浮空输入，模拟输入

输出模式：

1.推挽输出（Push-Pull,pp）

让输出控制变成了VDD/VSS输出，使得输出电流增大

提高了输出引脚的驱动能力，提高了电路的负载能力和开关的动作速度

推挽输出模式下，P-MOS和N-MOS均有效。

推挽输出模式下，STM32对10口具有绝对的控制权，引脚可以输出高低电平。

• 当输出数据寄存器写1，上管导通，下管断开，输出控制接到VDD,输出为高电平
• 当输出数据寄存器写0，上管断开，下管导通，输出控制接到VSS,输出为低电平

2.开漏输出(Open-Drain,OD)

推挽输出模式可以直接输出高电平，开漏输出需要外接上拉电阻才能输出高电平

开漏输出的特性

• 利用外部电路驱动能力
• 实现电平转换
• 方便实现“逻辑与” 功能

开漏输出模式下，P-MOS无效，N-MOS有效。

开漏输出模式下，只有低电平才有驱动能力，高电平无驱动能力，引脚只能输出低电平，可以作为通信协议的驱动方式比如I2C通信的引脚，使用开漏输出模式。

• 当输出数据寄存器写1，N-MOS断开，输出控制相当于断开，也就是高阻态
• 当输出数据寄存器写0，N-MOS导通，输出控制相当于接VSS，输出为低电平

3.复用推挽/开漏输出（Alternate Funtion,AF）

GPIO除了作为通用输入输出引脚使用以外，还可以作为片上外（USART,IIC,SPI）

专用引脚，即一个引脚可以有多种用途，但是同一时刻一个引脚只能使用复用功能中的一个

当引脚设置为复用功能的时候，可选择推挽复用模式或者复用开漏模式，在设置为复用开漏模式时，需要外接上拉电阻。

输入模式：

• 上拉输入(Input Pull-up)

VDD经过开关、上拉电阻，连接外部I/O引脚。当开关闭合时，外部I/O输入信号时，默认输入高电平。

• 下拉输入(Input Pull-down)

VSS经过开关，下拉电阻，连接外部I/O引脚，当开关闭合时，外部I/O无输入信号时，默认输入低电平

3.浮空输入(Floating Input)

两个上下拉电阻开关均断开，没有上拉也没有下拉，I/O引脚直接连接TTL肖特基触发器此时，I/O引脚浮空，读取的电平是不确定的，外部信号是什么电平，MCU引脚就输入什么电平

MCU复位上电后，默认为浮空输入模式

4.模拟输入（Analoge mode）

两个上下拉电阻开关均断开，同时TTL肖特基触发器也断开，引脚信号直接连接模拟输入，实现对外部信号的采集。

2、GPIO的输出速度

STM32的I/O引脚工作再输出模式下时，需要配置I/O引脚的输出速度

该输出速度不是输出信号的速度，而是I/O口驱动电路的响应速度。

STM32提供了三个速度，2MHZ,10MHZ,50MHZ

实际开发过程中需要结合实际情况选择合适的响应速度，以兼顾信号的稳定性和低功耗

• 当设备为高速时，功耗大，噪声大，电磁干扰强
• 当设备为低速时，功耗低，噪声小，电磁干扰弱

简单外设，比如LED灯，蜂鸣器建议使用2MHZ的输出速度而复用为IIC，SPI等通信信号时，建议使用10MHZ或50MHZ以提高响应速度。