STM32 GPIO模式详解
有关推挽输出、开漏输出、复用开漏输出、复用推挽输出
以及上拉输入、下拉输入、浮空输入、模拟输入 的区别
在 Cortex-M3 里，对于 GPIO 的配置种类有 8 种之多：
（ 1） GPIO_Mode_AIN 模拟输入
（ 2） GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
（ 3） GPIO_Mode_IPD 下拉输入
（ 4） GPIO_Mode_IPU 上拉输入
（ 5） GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
（ 6） GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
（ 7） GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
（ 8） GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出
对于刚入门的新手，我想这几个概念是必须得搞清楚的，平时接触的最多的也就是推挽输出、
开漏输出、上拉输入这三种，但一直未曾对这些做过归纳。因此，在这里做一个总结：
推挽输出 :可以输出高 ,低电平 ,连接数字器件 ; 推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号
的控制 ,总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由 IC 的电源低定。
推挽电路是两个参数相同的三极管或 MOSFET, 以推挽方式存在于电路中 ,各负责正负半周的波
形放大任务 ,电路工作时， 两只对称的功率开关管每次只有一个导通， 所以导通损耗小、 效率高。
输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又
提高开关速度。
开漏输出 :输出端相当于三极管的集电极 . 要得到高电平状态需要上拉电阻才行 . 适合于做电流
型的驱动 ,其吸收电流的能力相对强 (一般 20ma 以内 ).
开漏形式的电路有以下几个特点：
1. 利用外部电路的驱动能力，减少 IC 内部的驱动。当 IC 内部 MOSFET 导通时，驱动电流
是从外部的 VCC 流经 R pull-up ， MOSFET 到 GND 。 IC 内部仅需很下的栅极驱动电流。
2. 一般来说，开漏是用来连接不同电平的器件，匹配电平用的，因为开漏引脚不连接外部
的上拉电阻时，只能输出低电平，如果需要同时具备输出高电平的功能，则需要接上拉电阻，
很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压，便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以
提供 TTL/CMOS 电平输出等。 （上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度 。阻值越大，
速度越低功耗越小，所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。 ）
3. OPEN-DRAIN 提供了灵活的输出方式，但是也有其弱点，就是带来上升沿的延时。因为
上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电，所以当电阻选择小时延时就小，但功耗大；反之
延时大功耗小。所以如果对延时有要求，则建议用下降沿输出。
4. 可以将多个开漏输出的 Pin，连接到一条线上。通过一只上拉电阻，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。补充：什
么是 “ 线与 ”？：
在一个结点 (线)上,连接一个上拉电阻到电源 VCC 或 VDD 和 n 个 NPN 或 NMOS 晶体管的集电
极 C 或漏极 D,这些晶体管的发射极 E 或源极 S 都接到地线上 ,只要有一个晶体管饱和 ,这个结点
(线)就被拉到地线电平上 .因为这些晶体管的基极注入电流 (NPN) 或栅极加上高电平 (NMOS), 晶
体管就会饱和 ,所以这些基极或栅极对这个结点 (线)的关系是或非 NOR 逻辑 .如果这个结点后面
加一个反相器 ,就是或 OR 逻辑 .
其实可以简单的理解为：在所有引脚连在一起时，外接一上拉电阻，如果有一个引脚输出为逻
辑 0，相当于接地，与之并联的回路 “ 相当于被一根导线短路 ”，所以外电路逻辑电平便为 0，只
有都为高电平时，与的结果才为逻辑 1。
关于推挽输出和开漏输出，最后用一幅最简单的图形来概括：
浮空输入：对于浮空输入，由于浮空输入一般多用于外部按键输入， 结合图上的输入部分电路， 我理解为浮空输入状态下，
IO 的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定，如果在该引脚悬空的情况下，读取该端口的 电平是不确定的。
上拉输入 /下拉输入 /模拟输入：这几个概念很好理解，从字面便能轻易读懂。
| stm32为什么要上拉或下拉输入啊？
|
||
| 比如我们的按键实验吧,如果没有上下拉输入,你选择浮空输入? 浮空输入信号电平是不确定的,那么按键你就必须外部加上下拉电阻.那么电阻要不要钱? 那想省钱怎么办? 答案不用我说了吧. |
||
|
当外围设备能自己输出高低电平时，那么stm32与它相接的引脚就没有必要配制成上下拉输入了吧？你举例用的是按键，按键自己没法给出高低电平，所以必须得接上下拉电阻。
|
||
复用开漏输出、复用推挽输出：可以理解为 GPIO 口被用作第二功能时的配置情况（即并非作
为通用 IO 口使用）
最后总结下使用情况：
在 STM32 中选用 IO 模式
（ 1） 浮空输入 _IN_FLOATING —— 浮空输入，可以做 KEY 识别， RX1， 浮空外加上下拉电阻，就可以做按键输入的。
（ 2）带上拉输入 _IPU—— IO 内部上拉电阻输入
（ 3）带下拉输入 _IPD—— IO 内部下拉电阻输入
（ 4） 模拟输入 _AIN —— 应用 ADC 模拟输入，或者低功耗下省电
（ 5）开漏输出 _OUT_OD —— IO 输出 0 接 GND ， IO 输出 1，悬空，需要外接上拉电阻，才能
实现输出高电平。当输出为 1 时， IO 口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，
这样 IO 口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。 可以读 IO 输入电平变化， 实现 C51 的 IO
双向功能
（ 6）推挽输出 _OUT_PP —— IO 输出 0-接 GND ， IO 输出 1 -接 VCC，读输入值是未知的
（ 7）复用功能的推挽输出 _AF_PP —— 片内外设功能（ I2C 的 SCL,SDA ）
（ 8）复用功能的开漏输出 _AF_OD —— 片内外设功能（ TX1,MOSI,MISO.SCK.SS ）
推挽电路适用于低电压大电流的场合，广泛应用于功放电路和开关电源中。它的优点是：结构简单，开关变压器磁芯利用率高，推挽电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小。缺点是：变压器带有中心抽头，而且开关管的承受电压较高；由于变压器原边漏感的存在，功率开关管关断的瞬间，漏源极会产生较大的电压尖峰，另外输入电流的纹波较大，因而输入滤波器的体积较大。
开漏输出:输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内).
应用中需注意：
1. 开漏和开集的原理类似，在许多应用中我们利用开集电路代替开漏电路。例如，某输入Pin要求由开漏电路驱动。则我们常见的驱动方式是利用一个三极管组成开集电路来驱动它，即方便又节省成本。如图3。
STM32 设置实例：
（ 1）模拟 I2C 使用开漏输出 _OUT_OD ，接上拉电阻，能够正确输出 0 和 1；读值时先
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0) ；拉高，然后可以读 IO 的值；使用
GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0) ；
（ 2）如果是无上拉电阻， IO 默认是高电平；需要读取 IO 的值，可以使用带上拉输入 _IPU 和
浮空输入 _IN_FLOATING 和开漏输出 _OUT_OD ；