GPIO的8种输入输出工作模式

我们配合GPIO结构图，来看看GPIO的8种模式及其应用场合：

图的最右端为I/O引脚，左端的器件位于芯片内部。I/O引脚并联了两个用于保护的二极管。

1，四种输入模式

        接下来就遇到了两个开关和电阻，与VDD相连的为上拉电阻，与VSS相连的为下拉电阻。再连接到施密特触发器就把电压信号转化为0、1的数字信号存储在输入数据寄存器(IDR)。我们可以通过设置配置寄存器(CRL、CRH)，控制这两个开关，于是就可以得到GPIO的上拉输入(GPIO_Mode_IPU ) 和下拉输入模式(GPIO_Mode_IPD )了。

        从它的结构我们就可以理解，若GPIO引脚配置为上拉输入模式，在默认状态下(GPIO引脚无输入)，读取得的GPIO引脚数据为1，高电平。而下拉模式则相反，在默认状态下其引脚数据为0，低电平。
        而STM32的浮空输入模式(GPIO_Mode_IN_FLOATING)在芯片内部既没有接上拉，也没有接下拉电阻，经由触发器输入。配置成这个模式直接用电压表测量其引脚电压为1点几伏，这是个不确定值。由于其输入阻抗较大，一般把这种模式用于标准的通讯协议如I2C、USART的接收端。

        模拟输入模式(GPIO_Mode_AIN )则关闭了施密特触发器，不接上、下拉电阻，经由另一线路把电压信号传送到片上外设模块。如传送至给ADC模块，由ADC采集电压信号。所以使用ADC外设的时候，必须设置为模拟输入模式。

 

2，四种输出模式

        结构图的下半部分为输出模式结构。
        线路经过一个由P-MOS和N-MOS管组成的单元电路。而所谓推挽输出模式，则是根据其工作方式来命名的。在输出高电平时，P-MOS导通，低电平时，N-MOS管导通。两个管子轮流导通，一个负责灌电流，一个负责拉电流，使其负载能力和开关速度都比普通的方式有很大的提高。推挽输出的供电平为0伏，高电平为3.3伏。

        在开漏输出模式时，如果我们控制输出为0，低电平，则使N-MOS管导通，使输出接地，若控制输出为1 (无法直接输出高电平)，则既不输出高电平，也不输出低电平，为高阻态。为正常使用时必须在外部接上一个上拉电阻。它具“线与”特性，即很多个开漏模式 引脚连接到一起时，只有当所有引脚都输出高阻态，才由上拉电阻提供高电平，此高电平的电压为外部上拉电阻所接的电源的电压。若其中一个引脚为低电平，那线路就相当于短路接地，使得整条线路都为低电平，0伏。

        STM32的GPIO输出模式就分为普通推挽输出(GPIO_Mode_Out_PP )、普通开漏输出 (GPIO_Mode_Out_OD)及复用推挽输出(GPIO_Mode_AF_PP )、复用开漏输出(GPIO_Mode_AF_OD )。
        普通推挽输出模式一般应用在输出电平为0和3.3伏的场合。而普通开漏输出一般应用在电平不匹配的场合，如需要输出5伏的高电平，就需要在外部接一个上拉电阻，电源为5伏，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5伏的电平。

        对于相应的复用模式，则是根据GPIO的复用功能来选择的，如GPIO的引脚用作串口的输出，则使用复用推挽输出模式。如果用在IC、SMBUS这些需要线与功能的复用场合，就使用复用开漏模式。其它不同的复用场合的复用模式引脚配置将在具体的例子中讲解。
注：在使用任何一种开漏模式，都需要接上拉电阻。

以下为外设的GPIO配置，在 STM32参考手册：

通用和复用功能I/O