单片机中常见GPIO的八种工作模式详解

今天给大家讲解一下 GPIO 基础。

 

GPIO 是通用输入/输出端口的简称，是 STM32 可控制的引脚。GPIO 的引脚与外部硬件设备连接，可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。

STM32的八种GPIO口模式

 

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。

 

STM32 普通 GPIO 内部逻辑图

保护二极管：IO引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。当引脚电压高于VDD时，上方的二极管导通；当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。也叫钳位二极管。

P-MOS管和N-MOS管：由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。

TTL肖特基触发器：信号经过触发器后，模拟信号转化为0和1的数字信号。但是，当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时，用其“模拟输入”功能，此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。（可以理解为一个比较器，大于某个值是1，小于某个值是0）

查看《STM32中文参考手册V10》中的GPIO的表格时，会看到有“FT”一列，这代表着这个GPIO口时兼容3.3V和5V的；如果没有标注“FT”，就代表着不兼容5V。比如STM32F103VET6的GPIOE口那一组全部兼容5V，其他组是部分兼容5V。

备注：导通路径为黄色部分。

1、模拟输入 GPIO_Mode_AIN

此模式可以检测外部输入的模拟电压，可以检测电压值，只要不高于Vcc即可。

2、浮空输入 GPIO_MODE_IN_FLOATING

此模式最常用的是检测按键，可以接收高低电平。但容易被干扰。

3、下拉输入GPIO_Mode_IPD

此模式检测到电平默认为低，可以检测到由低到高的电平变化。

4、上拉输入GPIO_Mode_IPU

此模式检测到电平默认为高，可以检测到由高到低的电平变化。

5、开漏输出GPIO_Mode_Out_OD

开漏输出用于输出低电平，高电平靠外部上拉电阻电压决定，适用于快速切换电压的外部电路结构。

6、推挽输出GPIO_Mode_Out_PP

推挽输出用于输出高低电平，是最常用的模式。

7、复用开漏输出GPIO_Mode_AF_OD

复用 IIC 时候选择复用开漏输出，因为开漏输出可以“线与”。

8、复用推挽输出GPIO_Mode_AF_PP

其他复用比如 SPI 等可以选择复用推挽输出。

什么是推挽结构和推挽电路？

推挽结构一般是指两个参数相同的三极管或MOS管分别受两互补信号的控制，总是在一个三极管或MOS管导通的时候另一个截止。高低电平由输出电平决定。

推挽输出和开漏输出

左侧为推挽输出，可以输出高低电平。右侧为开漏输出，只能输出低电平，高电平靠外部上拉电阻决定。

图中所示为三极管，也可以叫开集输出（集电极开路输出），开漏输出是当这个管子为MOS管，漏极开路输出，叫开漏输出。

推挽输出：上面三级管导通，输出高电平，下面三极管导通，输出低电平。

开漏输出：三极管导通输出低电平，三极管截止是高阻态，电平由外部上拉电阻决定。

推挽输出高电平（向负载推流）：

推挽输出低电平（从负载拉流）：

　　审核编辑：汤梓红