STM32引脚及GPIO的概念

一、 引脚输入输出
在单片机（microcontroller）中，引脚（pin）是指连接到外部电路的可编程接口。每个引脚可以被配置为输入或输出。输入引脚用于接收外部信号或数据，而输出引脚用于发送信号或数据给外部设备。

1. 引脚被配置为输入：
   它可以读取外部电路中的信号。这意味着它可以接收来自传感器、开关或其他外部设备的电压信号，并将其传输到单片机的内部。单片机可以通过读取输入引脚上的电平（高电平或低电平）来确定外部信号的状态。
2. 引脚被配置为输出：
   它可以向外部电路发送信号。单片机可以通过控制输出引脚上的电平来驱动外部设备，如LED、继电器、马达等。通过改变输出引脚上的电平，单片机可以向外部设备发送高电平或低电平信号，以触发相应的操作。
3. 引脚的输入输出配置通常在单片机的软件程序中进行设置：
   通过编程，开发人员可以指定每个引脚的功能，包括输入输出方向、电平状态以及其他特定的功能（如模拟输入、中断等），以适应特定的应用需求。

二、模拟输入输出
模拟输入输出（Analog Input/Output）指与模拟电信号进行交互的过程。模拟信号是连续变化的信号，可以取无限多个可能的值，例如声音、光线强度和温度等。与之相对的是数字信号，它是离散的信号，只能取有限个离散值。

1. 模拟输入：
   是指将模拟信号输入到单片机或其他数字系统中进行处理。单片机通常配备了模拟输入引脚，可以接收来自传感器、电压源、放大器等的模拟信号。单片机将模拟输入信号转换为数字信号，通过内部的模数转换器（ADC）将连续变化的模拟电压转换为离散的数字数据，以便在程序中进行处理。

2. 模拟输出：
   是指将数字信号转换为模拟信号，并输出到外部电路中。单片机通常配备了模拟输出引脚，可以通过内部的数模转换器（DAC）将数字数据转换为模拟电压或模拟电流信号。这些信号可以用于控制电压源、电机驱动器、音频放大器等外部设备。

3. 模拟输入输出有许多应用：
   特别是需要与现实世界中的模拟环境进行交互的场景。通过使用模拟输入输出功能，单片机可以接收和处理传感器数据、控制电子设备，并实现对模拟信号的采集、处理和控制。

三、GPIO通用输入输出IO接口

通用输入输出（General Purpose Input/Output），它是指用于连接外部设备或电路的可编程引脚接口。GPIO引脚可以通过软件配置为输入或输出模式，并且可以通过控制电平状态来进行数据传输或与外部设备进行交互。

通常，单片机或微控制器具有一组GPIO引脚，这些引脚可以用于连接各种外部设备，如传感器、显示器、开关、LED等。通过编程，开发人员可以控制每个GPIO引脚的功能和状态，以满足特定应用的需求。

在输入模式下，GPIO引脚可以接收来自外部设备的信号。开发人员可以读取引脚上的电平状态，以获取来自传感器、按钮或其他外部设备的输入信息。

在输出模式下，GPIO引脚可以向外部设备发送信号。开发人员可以控制引脚上的电平状态，以触发LED的亮灭、驱动电机、控制继电器等操作。

GPIO的灵活性使得它在嵌入式系统和电子设备中非常常见。通过使用GPIO，单片机可以与外部设备进行双向通信，实现数据采集、控制和交互，从而扩展了其功能和应用范围。

示例：在STM32微控制器上
(1）GPIO引脚的输出模式可以设置为以下四种模式：
a.推挽输出模式（Push-Pull）：在推挽输出模式下，GPIO引脚可以提供高电平（VDD）和低电平（GND）两种输出状态，当输出为高电平时，引脚与VDD连接，并提供VDD电压。当输出为低电平时，引脚与GND连接，并提供GND电压。

b.开漏输出模式（Open-Drain）：在开漏输出模式下，GPIO引脚只提供低电平输出状态，而不提供高电平输出状态。当输出为低电平时，引脚与GND连接，并提供GND电压。当输出为高电平时，引脚处于高阻态（不连接任何电源），需要外部上拉电阻将引脚拉高至所需电平。开漏输出模式常用于与外部器件连接，如I2C总线或多路器件共享总线的情况。

c.推挽复用输出模式（Push-Pull Alternate Function）：在推挽复用输出模式下，GPIO引脚被配置为特定功能（如UART、SPI、PWM等）的输出引脚。引脚既可以提供高电平输出状态，也可以提供低电平输出状态。在此模式下，GPIO引脚同时具有GPIO功能和特定功能的输出功能。

d.开漏复用输出模式（Open-Drain Alternate Function）：在开漏复用输出模式下，GPIO引脚被配置为特定功能（如I2C）的输出引脚。引脚只提供低电平输出状态，而高电平输出状态需要外部上拉电阻。在此模式下，GPIO引脚同时具有GPIO功能和特定功能的输出功能。

（2）GPIO引脚的输入模式可以设置为以下四种模式：
a.浮空输入模式（Floating Input）：在浮空输入模式下，GPIO引脚没有内部上拉或下拉电阻，因此引脚处于高阻态。这种模式适用于需要外部电路或器件来提供输入信号的情况，例如传感器输出信号的连接。

b.上拉输入模式（Pull-up Input）：在上拉输入模式下，GPIO引脚使用内部上拉电阻。当外部信号未连接到引脚时，引脚会被拉高至高电平（VDD）。当外部信号连接到引脚并拉低引脚电平时，引脚电平变为低电平。这种模式适用于需要检测开关状态或按钮按下等应用。

c.下拉输入模式（Pull-down Input）：在下拉输入模式下，GPIO引脚使用内部下拉电阻。当外部信号未连接到引脚时，引脚会被拉低至低电平（GND）。当外部信号连接到引脚并拉高引脚电平时，引脚电平变为高电平。这种模式也适用于需要检测开关状态或按钮按下等应用。

d.模拟输入模式:：你可以使用STM32的模数转换器（ADC）外设来实现。模数转换器（ADC）允许将模拟信号转换为数字值，以供微控制器进行处理。通过配置ADC外设和相关的GPIO引脚，你可以将模拟信号连接到相应的引脚，并使用ADC进行转换。

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