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一、什么是GPIO？

GPIO是單片機上的通用輸入輸出端口的簡稱，可以通過軟件來控制其輸入輸出。STM32芯片的GPIO引腳與外部設備連接起來，從而實現與外部通訊、控制以及數據采集的功能。

關于芯片引腳的分類：電源管腳、晶振管腳、復位管腳、下載管腳、BOOT管腳、GPIO管腳。

如下圖（STM32系統板原理圖）中的帶P什么的都是STM32的引腳，其中大部分引腳都是用作GPIO，不過也可以用作其它作用，比如說PA9既可以用作GPIO，也可以用作USART1_TX引腳，具體用作什么需要我們后期自己去配置。

二、GPIO基本結構

如下圖是GPIO的內部電路構成：

沒有學過硬件的同學看到這張圖也不用擔心，王老師帶你們看，首先我們從右向左看，最右邊是不是有兩個二極管，這個是保護二極管，二極管的作用是不是單向導通，那它是怎么起保護作用的呢？我們先來看上面的二極管。

眾所周知，STM32的運行電壓一般是3.3V，有些引腳也能接受5V的電壓，當然，除了某些AD引腳之外，AD是什么？AD就是我們單片機中的一個模數轉換器。現在假設我們輸入一個Vc電壓，Vc是大于STM32的可接受的電壓范圍，此時，我們可以發現上面的那個二極管是接了一個VDD的，VDD是什么？VDD是一般外接了一個3.3V的電壓，好，看到這里我們怎么去看了呢？別著急，我們可以用整體法，如下圖：

我們可以把這個分為兩個部分，第一個是內部的電路，第二個是那個保護二極管，我們可以發現，這兩個部分是不是構成了一個并聯電路呀？并聯電路的特點是什么？電壓相等吧，還有分流，此時，當我們輸入一個VDD時，1部分的電壓就會被2部分的電壓拉低，從而起到了一個保護作用。下面的二極管亦是如此。

三、GPIO的輸入輸出模式

GPIO一共有八種輸入輸出模式，其中有四種輸出模式：推挽輸出、開漏輸出、復用推挽以及復用開漏，四種輸入模式：浮空輸入、上拉輸入、下拉輸入以及模擬輸入。下面我們來一一介紹一下GPIO的各種模式。

1、推挽輸出

如圖黃色部分是推挽輸出的電路，我們從左往右看。輸出嘛，肯定能輸出一個高低電平，但這個是如何在我們寫1的時候輸出高電平，寫0的時候輸出一個低電平的呢？
假設我們現在寫了一個1，1被輸入到輸出數據寄存器，然后被輸入到了輸出控制電路，重點來了，輸出控制電路中有一個反相器，什么是反相器？反相器就是當我們寫1的時候經過反相器輸出的是一個0，當我們寫0的時候經過反相器輸出的是一個1，好，知道這一點之后我們回到剛剛我們寫1。此時經過反相器，兩條支路都輸出了一個0，好，此時我們又要了解P·MOS管和N·MOS管，其中P·MOS管是低電平導通，N·MOS管是高電平導通，P·MOS管接了一個VDD，上面我們說過，VDD是外接了一個3.3V的電壓，此時IO端口連接到P·MOS管，而P·MOS管又連了一個VDD，故此時IO端口就會輸出一個高電平，同理我們寫0的時候N·MOS管導通，而N·MOS管連接了VSS，而VSS是接地的，所以此時我們IO端口輸出一個低電平。

2、開漏輸出

通過上圖我們可以發現，開漏輸出和推挽輸出的電路有所區別，區別就是在開漏輸出中，我們的P·MOS管是沒有參與開漏輸出這整個過程的。所以開漏輸出有一個特點，就是不能輸出一個高電平，當我們寫1的時候開漏輸出是沒有任何輸出的，此時的IO端口狀態我們稱之為高阻態。

3、復用推挽

從上圖我們可以發現，推挽和復用推挽的區別就在于復用推挽沒有經過輸出數據寄存器，而是來自片上外設模塊，什么是片上外設呢？就是GPIO啊，ADC啊，IIC等等一些ST公司拿到ARM公司給的內核之后往上面添加的一些外設設備。好，知道這些之后，其它的就跟推挽輸出差不多了，也能輸出一個高低電平。

4、復用開漏

復用開漏和復用推挽一樣，都是來自片上外設模塊，而且沒有經過輸出數據寄存器，其它的也和普通開漏輸出模式一樣，這里我們也不詳細介紹了。

介紹完輸出模式之后我們來介紹一下輸入模式。

1、浮空輸入

如圖黃色部分就是浮空輸入的電路了，我們可以從右往左看，輸入嘛，也就是外接了一個什么設備，然后IO端口讀取這個外設輸入進來的高低電平，我們看浮空輸入，顧名思義，當我們既沒有輸入高電平也沒有輸入低電平的時候，此時IO端口的狀態是浮空的，在空閑狀態IO端口的電平既不是高電平也不是低電平。
然后這個還經過了一個TTL施密特觸發器，眾所周知，STM32板子是識別TTL信號的，什么是TTL信號呢？就像是0101這種高低電平的信號，如下圖

我們輸入到IO端口的一般是模擬信號，而單片機只識別TTL信號，故我們需要經過一個TTL施密特觸發器來將模擬信號轉化為TTL信號，然后再輸入到輸入數據寄存器中

2、上拉輸入

上拉輸入和浮空輸入的區別就是有一個接了VDD開關的上拉電阻，當我們IO端口沒有輸入任何高低電平的時候IO端口的默認狀態是高電平。

３、下拉輸入

我們可以看到，下拉輸入有一個接了VSS開關的下拉電阻，當我們IO端口沒有輸入任何高低電平的時候IO端口的默認狀態就是低電平。

３、模擬輸入

如圖，模擬輸入和以上三種輸入的最大區別就是沒有經過TTL施密特觸發器，然后直接輸入到片上外設模塊，這個模式我們一般在用到ADC數據采集的時候會把引腳配置成模擬輸入。

總結

GPIO端口一共有八種輸入輸出模式：
其中輸出模式有：
推挽輸出，開漏輸出，復用推挽，復用開漏
輸入模式有：
浮空輸入，上拉輸入，下拉輸入，模擬輸入