STM32 的 8 种 GPIO 输入输出模式详细分析

转自：STM32 的 8 种 GPIO 输入输出模式详细分析

浮空,顾名思义就是浮在空中,上面用绳子一拉就上去了,下面用绳子一拉就沉下去了.
开漏,就等于输出口接了个 NPN 三极管,并且只接了 e,b. c 极 是开路的,你可以接一个电阻到 3.3V,也可以接一个电阻到 5V,这样,在输出 1 的时候,就可以是5V 电压,也可以是 3.3V 电压了.但是不接电阻上拉的时候,这个输出高就不能实现了.
推挽,就是有推有拉,任何时候 IO 口的电平都是确定的,不需要外接上拉或者下拉电阻.
（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
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。
   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。
   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
   （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）
   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；