关于对STM32的GPIO理解

一 STM32的GPIO简述：

        GPIO，General-Purpose IO ports即通用输入输出接口。输入模式,其实就是用于对外界信号的识别及捕捉，例如按键的识别、温度的感知、电压的识别等。输出模式，其实就是用于对外界的控制及对外界信息的传送，例如蜂鸣器的控制、风扇的控制、LED的控制等。当然，GPIO还包括协议的应用，如IIC协议、SPI协议、CAN协议等。GPIO的工作模式可分为8种模式：推挽输出、开漏输出、复用功能推挽输出、复用功能开漏输出、上拉输入模式、下 拉输入模式、浮空输入模式、模拟输入模式。这8种模式，可以通过设置GPIO的电气结构（如下图1，通过设定A、B、C、D、E、F、G点）的状态来实现。

图1 

二 GPIO工作模式

          (1) 推挽输出模式(Push-Pull ，PP)，如上图C点是一个P-MOS管，低电平时导通、D点是一个N-MOS管，高电平时导通、这两个管子的逻辑在同一时间内处于相反的状态，简而言之，在同一时间内，上管与下管，只有一个管子导通。C点为“1”，D点为“0”，IO口输出“0”。C点为“0”，D点为“1”，IO口输出“0”，即推挽输出状态，推挽输出的有点是，“推”时能提供更大的拉电流，“挽”时能吸收更大的灌电流。

        （2）开漏输出（Open-Drain ，OD），如上图1，C点P-MOS不再受控制，逻辑仅控制D点，即N-MOS管，可暂时认为上管C点不存在，为开路。如2图：

图2 

此时，输出电路不能输出高电平，只能通过外置上拉电阻实现高电平输出。外置上拉电阻时，内部逻辑控制输出“1” 时，N-MOS导通，IO口输出“0”，逻辑控制输出“0” 时，N-MOS截止，因外置上拉电阻作用，IO口输出“1”。以上模式即开漏输出模式，开漏输出模式常见用于继电器控制，“与门”逻辑的实现，如IIC就是应用开漏输出模式的“与门”逻辑。

        （3） 复用功能推挽输出及复用功能开漏输出，IO口既可以用作普通输入、输出管脚外，还可以用作外设的专用引脚，如IIC、USART、SPI等，即复用功能，但同一时间内，单个IO口只能用于一种模式。如图3，A输出不选通，只选通B，即可实现外设的复用功能输出。除此外，其余原理及设置相对于通用推挽输出、通用开漏输出无区别。

图3 

         （4）上拉输入模式（Input Pull-up），上拉输入模式即内置高电平输入,如图4，E点开关控制关闭，F点开关控制打开，G点触发器控制导通。IO无输入时默认电平为“1”，常用于低电平“0”识别，如按键输入。按键无 *** 作时，IO口电平为默认“1”，按键按下时，电平为“0”，为有效电平。

图4 

 （5）下拉输入模式（Input Pull-down），下拉输入模式即内置低电平输入,如图5，F点开关控制关闭，E点开关控制打开，G点触发器控制导通。IO无输入时默认电平为“0”，常用于高电平“1”识别。

图5 

        （6）浮空输入模式（Floating Input ），浮空输入模式即内置上拉电阻及内置下拉电阻均处于打开状态，此时IO口读取的电平为未知电平,外部输入电平原始状态即为IO读取状态。如图6，F点开关控制打开，E点开关控制打开，G点触发器控制导通，即可设置为浮空输入模式。

图6

        （7）模拟输入模式(Analog mode)，如图7，F点开关控制打开，E点开关控制打开，G点触发器控制断开，即可设置为模拟输入模式。常见用于ADC采集。

图7 

三  STM32 IO口的输出速度：

        STM32的IO的输出模式，可配置IO引脚的输出速度。（注：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提供三个输出速度：2MHz、10MHz、50MHz。应根据实际工况而选择相应的输出速度，以平衡功耗及性能。设置为高速时，优点:响应速度快；缺点：功耗高、噪声大，EMC效果较差。设置为低速时，优点:功耗低、噪声小，EMC效果较好；缺点：响应度慢。通常简单外设，比如LED灯、蜂鸣器灯，建议使用2MHz的输出速度，而复用为IIC、SPI等通信信号引脚时，建议使用10MHz或50MHz以提高响应速度