GPIO詳解：不僅僅是輸入輸出那么簡單
“別小看一個小小的引腳，它可是 MCU 世界的社交之門。”
👋 先打個招呼：什么是 GPIO？
GPIO，全稱是 General Purpose Input/Output —— 通用輸入輸出口。
簡單說，它就像 MCU 身上的“手指”：
- 輸入模式：它能感知外部世界（比如按鍵按下）
- 輸出模式：它能控制外部設備（比如點亮LED）
別以為它只是通電/斷電！
GPIO 的“本領”比你想象的多很多！
🧠 GPIO 的核心概念梳理
| 概念 | 通俗解釋 |
|---|---|
| 輸入模式 | “耳朵”——用來接收信號 |
| 輸出模式 | “手”——用來發出信號 |
| 上拉/下拉 | 默認信號狀態，不懸空就靠它 |
| 推挽輸出 | 能輸出高電平也能輸出低電平 |
| 開漏輸出 | 只能拉低，靠外部上拉輸出高 |
| 復用功能 | “兼職”的引腳，比如串口、I2C、PWM等 |
| 中斷功能 | 引腳也能“打斷”主程序，成為中斷源 |
| 速度設置 | 并不是說跑步，而是電氣變化的快慢（驅動能力） |
? 輸入模式：不是你以為的那么簡單
GPIO_MODE_INPUT
輸入模式一般配合 上拉 或 下拉 使用：
| 場景 | 原因 |
|---|---|
| 內部上拉 | 防止引腳懸空漂移，默認為高電平 |
| 內部下拉 | 保持引腳為低電平，適合低有效按鍵 |
| 無上拉下拉 | 用外部電路控制，或用于模擬輸入 |
舉個例子：你用按鍵接 GND，那就要設置為“輸入 + 上拉”，按下時變低電平。
💡 輸出模式：推挽 vs 開漏
🚀 推挽輸出（GPIO_MODE_OUTPUT_PP）
能把引腳拉高也能拉低，適合控制 LED、繼電器等。
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); // 輸出高
🌪 開漏輸出（GPIO_MODE_OUTPUT_OD）
只能拉低，拉高需要靠外部上拉電阻。
適合做I2C總線、多個設備共用一根線的場景。
🧬 復用模式：GPIO 的“分身術”
你定義的是 GPIO，其實它暗地里還兼職著：
- USART_TX/RX（串口通信）
- I2C_SCL/SDA（I2C 通信）
- PWM 輸出
- ADC 輸入
- 外部中斷 EXTI
這就需要設置為 GPIO_MODE_AF_xx 模式（AF = Alternate Function）
👉 一個引腳，多種身份，選誰就看配置！
?? GPIO的輸出速度有啥用？
STM32等平臺經常讓你選：
- GPIO_SPEED_FREQ_LOW
- GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM
- GPIO_SPEED_FREQ_HIGH
這并不是 MCU 執行速度，而是 引腳電氣輸出的上升/下降沿速度。
- 太快：可能引起信號串擾、干擾（尤其在長線上）
- 太慢：可能帶不動外設，波形變形
推薦做法：
| 用途 | 推薦速度 |
|---|---|
| 普通LED | Low |
| SPI/I2C/PWM | Medium or High |
| 驅動高速信號/屏幕 | High |
🔧 中斷功能：GPIO也能做觸發器！
某些 GPIO 支持外部中斷，比如 STM32 的 EXTI（External Interrupt）。
配置為：
GPIO_MODE_IT_FALLING // 下降沿觸發
GPIO_MODE_IT_RISING // 上升沿觸發
GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING // 雙邊觸發
然后寫 ISR（中斷服務函數）即可對按鈕、電平變化做出及時響應！
📦 特殊功能小結（不同MCU略有不同）
| 特性 | 說明 |
|---|---|
| 鎖定 GPIO | 防止誤改配置（STM32 有 GPIOx_LCKR） |
| 上電默認態 | GPIO 默認可能是浮空，要謹慎使用 |
| 電流驅動能力 | 有的 GPIO 可驅動幾十 mA，有的卻只能帶小負載 |
| 復用限制 | 某些 GPIO 只能用于特定功能，不可亂配（查看芯片手冊） |
🧪 實戰小練習建議
| 練習項目 | 技能點 |
|---|---|
| 點亮一個LED | 推挽輸出 |
| 按下按鈕點亮燈 | 輸入 + 中斷 |
| 軟件控制蜂鳴器 | 輸出控制、PWM復用 |
| 用一根線控制多個設備 | 開漏輸出 + 上拉 |
| 軟件模擬串口 | 開漏 + 中斷 + 復用 |
🧠 一句話總結
“GPIO，是MCU和世界溝通的最小單元，掌握它，你才能真正掌握嵌入式的‘肌肉’。”
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