嵌入式開發中，GPIO（General-Purpose Input/Output）是最基礎也最常用的功能模塊之一。你可以把它想象成微控制器伸出來的無數根“手腳”：既可以用它輸出信號去點亮LED、驅動外設，也可以用它輸入信號來檢測按鍵、讀取傳感器狀態。

輸出模式-主動出擊

1）推挽輸出 (Push-Pull Output)

      VDD（3.3V）│├───[PMOS]───┐│            ││            ├───● GPIO引腳│            │└───[NMOS]───┘│GND（0V）

工作原理：

• 輸出高電平（1）：PMOS打開，NMOS關閉 → 引腳接電源VDD（3.3V）
• 輸出低電平（0）：NMOS打開，PMOS關閉 → 引腳接地GND（0V）

使用場景：控制LED燈、數字信號輸出

2）開漏輸出 (Open-Drain Output)

       VDD（內部無連接！）││X ← [PMOS被拆除]│└───[NMOS]───● GPIO引腳│GND

工作原理

• 輸出低電平：NMOS打開 → 接地
• 輸出高電平：NMOS關閉 → 懸空（高阻態）→ 必須外接上拉電阻到VDD才能輸出高電平

使用場景：I2C/SMBus 總線 (多設備共享線路)、驅動高壓設備 (外接上拉到 5V/12V)、多主機通信

輸入模式-豎起耳朵聽

1）浮空輸入 (Floating Input)

       VDD││X ← 無內部上拉│
GPIO引腳 ┼───● 輸入檢測電路│X ← 無內部下拉│GND

• 引腳完全斷開內部電阻
• 電平狀態完全由外部電路決定

必須使用場景：ADC 模擬信號采樣

2）上拉/下拉輸入 (Pull-up/Pull-down Input)

上拉輸入結構：VDD││R（≈40kΩ）← 內部上拉電阻│
GPIO引腳 ┼───● 輸入檢測電路│X│GND
下拉輸入結構：VDD││X│
GPIO引腳 ┼───● 輸入檢測電路│R（≈40kΩ）← 內部下拉電阻│GND

工作原理：

• 上拉輸入：無外部信號時默認高電平（3.3V）
• 下拉輸入：無外部信號時默認低電平（0V）

按鍵檢測：按鍵接地型電路、按鍵接VCC型電路

注意

1. 開漏輸出必須外接上拉電阻：阻值依總線速度和功耗選擇 (常用 4.7KΩ)
2. 推挽輸出禁止并聯：會導致 VDD-GND 短路損壞MOS管
3. 輸入電平容限：
   1. 5V容忍引腳：可承受 5V 輸入
   2. 非容忍引腳：輸入電壓 ≤ VDD+0.3V
4. 模式切換：讀輸入前需切換為輸入模式（尤其輸出轉輸入時）
5. 靜電防護：未使用引腳設為下拉/推挽輸出低電平