GPIO（General-Purpose IO ports，通用輸入/輸出接口）模塊是STM32的外設接口的核心部分，用于感知外界信號（輸入模式）和控制外部設備（輸出模式），支持多種工作模式和配置選項。

1、GPIO 基本結構

        STM32F407 的每個 GPIO 引腳均可獨立配置，主要特性包括：

• 9 組 GPIO 端口（GPIOA ~ GPIOI），每組最多 16 個引腳（PIN0 ~ PIN15）。

•  每個引腳可配置為輸入、輸出、復用功能或模擬模式。
• 支持多種驅動模式（推挽、開漏）、速度等級和上下拉電阻。
• 支持外部中斷 / 事件觸發。

        I/O 端口的基本結構 ：

2、GPIO 工作模式

         每個引腳可通過 GPIOx_MODER 寄存器配置為以下模式：

/** * @brief  GPIO Configuration Mode enumeration */   
typedef enum
{ GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */GPIO_Mode_OUT  = 0x01, /*!< GPIO Output Mode */GPIO_Mode_AF   = 0x02, /*!< GPIO Alternate function Mode */GPIO_Mode_AN   = 0x03  /*!< GPIO Analog Mode */
}GPIOMode_TypeDef;
#define IS_GPIO_MODE(MODE) (((MODE) == GPIO_Mode_IN)  || ((MODE) == GPIO_Mode_OUT) || \((MODE) == GPIO_Mode_AF)|| ((MODE) == GPIO_Mode_AN))

2.1、輸入模式

2.1.1、浮空輸入(Input Floating)

        引腳電平由外部電路決定，無內部上拉 / 下拉。上拉 / 下拉電阻為斷開狀態，施密特觸發器打開，輸出被禁止。輸入浮空模式下，IO 口的電平完全是由外部電路決定的。如果 IO 引腳沒有連接其他的設備，那么檢測其輸入電平是不確定的。

        浮空輸入的特點：

• 高阻態：引腳內部無上拉/下拉電阻，電平完全由外部電路決定。
• 靈敏度高：易受外部信號或噪聲影響，需確保外部電路有明確的驅動源。 
• 低功耗：無內部電阻電流路徑，適合低功耗場景（需外部電路穩定）。

        該模式典型應用場景：

1、外部中斷（EXIT）

• 場景：連接按鍵、傳感器等需要觸發中斷的設備。
• 原因：若外部電路已包含明確的上拉/下拉電阻（如按鍵電路），使用浮空輸入可避免內部電阻的干擾。

2、 通信接口（如 IIC、UART）

• 場景：IIC 的 SDA / SCL 線、UART 的 RX 引腳。
• 原因：IIC 總線需外接上拉電阻，浮空輸入避免內部電阻沖突；UART 接收端有外部設備驅動電平。

3、多設備總線（如 CAN、SPI）

• 場景：總線型通信（如 CAN 總線、SPI 從設備 MISO）
• 原因：總線電平由外部收發器或多主機設備控制，浮空輸入確保無內部干擾。 

4、高速數字信號采樣

• 場景：高頻脈沖計數（如編碼器信號、PWM 輸入捕獲）。
• 原因：浮空輸入響應速度快，適合高速信號采集（需外部信號驅動能力強）。 

5、模擬信號預處理

• 場景：連接比較器、運放等模擬電路的輸出端。
• 原因：避免內部電阻影響模擬電路輸出的高精度電平。 

2.1.2、上拉輸入(Input Pull-up)

        內部上拉電阻（約40kΩ）連接到 VDD。 上拉電阻導通，施密特觸發器打開，輸出被禁止。在需要外部上拉電阻的時候，可以使用內部上拉電阻，這樣就可以節省一個外部電阻，但是內部上拉電阻的阻值較大，不適合做電流型驅動。

        上拉輸入的特點：

• 默認高電平：當引腳無外部驅動時，內部上拉電阻將電平拉至 VDD（3.3V）。
• 抗干擾能力強：避免引腳懸空導致的電平漂移，較少噪聲影響。
• 簡化外部電路：省去外部上拉電阻，節省 PCB 空間和成本。 

        該模式典型應用場景：

1、按鍵/開關檢測

• 場景：按鍵一端接地（低電平有效），按下時拉低引腳電平。
• 原理：未按下時，內部上拉電阻使引腳保持高電平；按下時接地，電平變為低。 

 2、數字信號輸入（無主動驅動高電平）

• 場景：連接開漏輸出的傳感器（如某些紅外模塊）。
• 原理：傳感器只能拉低電平，需上拉電阻提供默認高電平。

3、總線空閑狀態維持

• 場景：單線通信協議（如 1-Wire）或自定義串行總線。
• 原理：總線空閑時由上拉電阻維持高電平，設備通過拉低電平發送數據。 

4、電平轉換接口

• 場景：連接 5V 設備（通過電平轉換芯片）。
• 原理：若轉換芯片輸出為開漏模式，需上拉電阻提供 3.3V 高電平。 

5、防止未初始化引腳懸空

• 場景：未使用的 GPIO 引腳。
• 原理：配置為上拉輸入，避免懸空引入噪聲或意外電流。 

2.1.3、下拉輸入(Input Pull-down)

        內部下拉電阻（約40kΩ）連接到 GND。 下拉電阻導通，施密特觸發器打開，輸出被禁止。在需要外部下拉電阻的時候，可以使用內部下拉電阻，這樣也就可以節省一個外部電阻，但是內部下拉電阻的阻值較大，所以不適合做電流型驅動。

        下拉輸入的特點：

• 默認低電平：當引腳無外部驅動時，內部下拉電阻將電平拉至 GND(0 V)。
• 抗干擾能力強：避免引腳懸空導致的高電平誤觸發。
• 簡化外部電路：省去外部下拉電阻，節省 PCB 空間和成本。

        該模式典型應用場景：

1、高電平有效信號檢測

• 場景：檢測傳感器或模塊的高電平輸出（如紅外避障傳感器、PIR 人體感應模塊）。
• 原理：未觸發時引腳電平被下拉至低電平；觸發時外部設備輸出高電平。 

2、總線型通信的從設備選擇

• 場景：SPI 從設備的片選（CS）信號。
• 原理：主設備未選中從設備時，片選線保持低電平（下拉）；選中時主設備拉高電平。 

3、數字信號防抖動

• 場景：連接機械開關或繼電器觸點。
• 原理：下拉電阻確保開關斷開時引腳為低電平，減少觸點抖動引入的噪聲。 

4、電平轉換接口

• 場景：連接 5V 設備的開漏輸出（如某些老式傳感器）。
• 原理：外部設備拉高電平時，通過電平轉換芯片輸出 3.3V 高電平；未激活時下拉至低電平。 

5、未使用引腳的穩定處理

• 場景：未連接的 GPIO 引腳。
• 原理：配置為下拉輸入，避免懸空引腳引入噪聲或意外功耗。 

2.1.4、模擬輸入(Analog Mode)

        上下拉電阻斷開，施密特觸發器關閉，雙 MOS 管也關閉。該模式用于 ADC 采集或 DAC 輸出，或者低功耗下省電。

 

        模擬輸入的特點：

•  禁用數字功能：引腳的數字輸入/輸出電路被斷開，僅保留模擬信號路徑。
• 高精度低噪聲：避免數字電路干擾，提高 ADC/DAC 的采樣精度。
• 無上拉/下拉：內部電阻斷開，信號完全由外部模擬源驅動。

        該模式典型應用場景：

1、傳感器信號采集

• 場景：連接模擬輸出傳感器（如溫度、壓力、光照、濕度傳感器）。
• 示例： 

        （1）溫度傳感器（如 LM35、NTC 熱敏電阻）：輸出電壓隨溫度變化。

        （2）光敏電阻：電阻值隨光照強度變化&#x