一. 前言

??GPIO全稱General Purpose Input Output，是微控制數(shù)字輸入/輸出的基本模塊，可以實(shí)現(xiàn)微控制器與外部環(huán)境的數(shù)字進(jìn)行交換。借助GPIO微控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備（像控制led亮滅，按鍵控制，軟件模擬IIC等）直觀又簡單的控制。

GPIO的8種模式

?1. 輸入模式：
??（1）上拉輸入模式 GPIO_Mode_IPU
??（2）下拉輸入模式 GPIO_Mode_IPD
??（3）模擬輸入模式 GPIO_Mode_AIN
??（4）浮空輸入模式 GPIO_Mode_IN_FLOATING

2. 輸出模式：
??（1）推挽輸出模式 GPIO_Mode_Out_PP
??（2）開漏輸出模式 GPIO_Mode_Out_OD
??（3）復(fù)用推挽輸出模式 GPIO_Mode_AF_PP
??（4）復(fù)用開漏輸出模式 GPIO_Mode_AF_OD

3. 最大輸出速度：
??（1）2MHz GPIO_Speed_2MHz
??（2）25MHz GPIO_Speed_25MHz
??（3）50MHz GPIO_Speed_50MHz

二. 輸入模式

輸入驅(qū)動(dòng)器

??GPIO的輸入驅(qū)動(dòng)器主要由TTL肖特基觸發(fā)器、帶開關(guān)的上拉電阻和帶開關(guān)的下拉電阻組成，GPIO的輸入驅(qū)動(dòng)器沒有多路選擇開關(guān)，輸入信號(hào)送到GPIO輸入數(shù)據(jù)寄存器的同時(shí)，送給了片上外設(shè)，所以GPIO的輸入沒有復(fù)用功能選項(xiàng)。

1. 上拉輸入模式

??上拉就是把當(dāng)前引腳的電位拉高，比如拉到VDD。弱上拉和強(qiáng)上拉的區(qū)別只是上拉電阻的阻值不同。
??輸出緩沖器被禁止，TTL施密特觸發(fā)輸入被激活，此時(shí)圖中GPIO內(nèi)部上拉電阻端的開關(guān)閉合，接通VDD，下拉電阻端開關(guān)斷開。此時(shí)引腳默認(rèn)輸入為高電平。

2. 下拉輸入模式

??下拉就是把當(dāng)前引腳的電位拉低，比如拉到GND。
??輸出緩沖器被禁止，TTL施密特觸發(fā)輸入被激活，此時(shí)圖中GPIO內(nèi)部下拉電阻端的開關(guān)閉合，接通VSS，上拉電阻端開關(guān)斷開。此時(shí)引腳默認(rèn)輸入為低電平。

3. 模擬輸入模式

??應(yīng)用于ADC模擬輸入，或者是低功耗下的省電。
??輸出緩沖器被禁止，TTL施密特觸發(fā)輸入被禁止。

4. 浮空輸入模式

??浮空就是GPIO輸入引腳即不接高電平，也不接低電平。由于邏輯器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當(dāng)它輸入引腳懸空時(shí)，相當(dāng)于該引腳接了高電平。實(shí)際運(yùn)用時(shí)，引腳不建議懸空，容易受到干擾。

輸出緩沖器被禁止，TTL施密特觸發(fā)輸入被激活，GPIO內(nèi)部下拉電阻端的開關(guān)斷開，上拉電阻端開關(guān)也斷開。

三. 輸出模式

輸出驅(qū)動(dòng)器

GPIO的輸出驅(qū)動(dòng)器主要由多路選擇器、輸出控制邏輯和一對(duì)互補(bǔ)的MOS管組成。多路選擇器是根據(jù)用戶的設(shè)置決定某個(gè)引腳是輸出還是復(fù)用功能輸出。輸出控制邏輯和一對(duì)互補(bǔ)的MOS管是根據(jù)用戶的設(shè)置通過控制P-MOS管和N-MOS管的導(dǎo)通還是斷開決定GPIO是開漏、推挽輸出模式還是關(guān)閉。

1. 推挽輸出模式

??推挽輸出既可以輸出高電平，也可以輸出低電平，連接數(shù)字器件。推挽輸出的結(jié)構(gòu)一般是指兩個(gè)三極管分別受到兩個(gè)互補(bǔ)信號(hào)的控制，在一個(gè)三極管被導(dǎo)通的時(shí)候另一個(gè)三極管被截止。輸出的高點(diǎn)電平則是由IC的電源決定。

2. 開漏輸出模式

??開漏模式一般用在IIC等需要“線與”功能的總線電路中，除此之外，還可以用在電平不匹配的場(chǎng)合，像需要輸出5V的高電平就可以在外部接入一個(gè)上拉電阻，上拉電源為5v，并把GPIO設(shè)置為開漏模式，當(dāng)輸出高阻態(tài)時(shí)，由上拉電源向外部輸出5V的電平。

在開漏輸出時(shí)，只有N-MOS會(huì)參與工作，上方的P-MOS管完全不工作。當(dāng)輸出控制為0（低電平）時(shí)，P-MOS管關(guān)閉，N-MOS管導(dǎo)通，使得輸出GND。當(dāng)輸出控制為1（高電平）時(shí)，P-MOS管和N-MOS管全部關(guān)閉，引腳既不輸出高電平也不輸出低電平，此時(shí)呈現(xiàn)一個(gè)高阻態(tài)。正常使用的情況下，必須接一個(gè)上拉電阻，若不接上拉電阻，則引腳只能輸出低電平。
??在推挽輸出時(shí)，施密特觸發(fā)器是打開的，即輸入可用，通過輸入數(shù)據(jù)寄存器GPIOx_IDR可讀取I/O的實(shí)際狀態(tài)。

3. 復(fù)用推挽輸出模式

??GPIO復(fù)用為其他外設(shè)（IIC的SCL，SDA）。除了輸出信號(hào)的來源改變 ，其他操作與推挽輸出的功能相同。

4. 復(fù)用開漏輸出模式

??GPIO復(fù)用為其他外設(shè)（TX1，MOSI，MISO，SCK，SS）。除了輸出信號(hào)的來源改變 ，其他操作與開漏輸出的功能相同。

四. GPIO的選用

當(dāng)作為普通GPIO輸入：根據(jù)需要配置該引腳為浮空、上拉或下拉輸入，同時(shí)不使能該引腳對(duì)應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

當(dāng)作為普通GPIO輸出：根據(jù)需要配置該引腳為推挽輸出或開漏輸出，同時(shí)不使能該引腳對(duì)應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

當(dāng)作為普通模擬輸入：配置該引腳為模擬輸入模式，同時(shí)不使能該引腳對(duì)應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

當(dāng)作為內(nèi)置外設(shè)的輸入：根據(jù)需要配置該引腳為浮空、上拉或下拉輸入，同時(shí)使能該引腳對(duì)應(yīng)的某個(gè)復(fù)用功能模塊。

當(dāng)作為內(nèi)置外設(shè)的輸出：根據(jù)需要配置該引腳為復(fù)用推挽輸出或復(fù)用開漏輸出，同時(shí)使能該引腳對(duì)應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

五. 有關(guān)GPIO輸入/輸出模式的初始化（F1系列 HAL庫函數(shù)）

?GPIO_InitTypeDef 類型的結(jié)構(gòu)體

typedef struct{  uint32_t Pin;       /*!<指定要配置的GPIO引腳。該參數(shù)可以是@ref GPIO_pins_define 的任意值 */  uint32_t Mode;      /*!<指定所選引腳的工作模式。該參數(shù)可以是@ref GPIO_mode_define 的值 */  uint32_t Pull;      /*!< 指定所選引腳的上拉或下拉激活。該參數(shù)可以是@ref GPIO_pull_define的值 */  uint32_t Speed;     /*!< 指定所選引腳的速度。該參數(shù)可以是@ref GPIO_speed_define的值 */} GPIO_InitTypeDef;

可以選擇的GPIO引腳

/** @defgroup GPIO_pins_define GPIO pins define  * @{  */#define GPIO_PIN_0                 ((uint16_t)0x0001)  /* Pin 0 selected    */#define GPIO_PIN_1                 ((uint16_t)0x0002)  /* Pin 1 selected    */#define GPIO_PIN_2                 ((uint16_t)0x0004)  /* Pin 2 selected    */#define GPIO_PIN_3                 ((uint16_t)0x0008)  /* Pin 3 selected    */#define GPIO_PIN_4                 ((uint16_t)0x0010)  /* Pin 4 selected    */#define GPIO_PIN_5                 ((uint16_t)0x0020)  /* Pin 5 selected    */#define GPIO_PIN_6                 ((uint16_t)0x0040)  /* Pin 6 selected    */#define GPIO_PIN_7                 ((uint16_t)0x0080)  /* Pin 7 selected    */#define GPIO_PIN_8                 ((uint16_t)0x0100)  /* Pin 8 selected    */#define GPIO_PIN_9                 ((uint16_t)0x0200)  /* Pin 9 selected    */#define GPIO_PIN_10                ((uint16_t)0x0400)  /* Pin 10 selected   */#define GPIO_PIN_11                ((uint16_t)0x0800)  /* Pin 11 selected   */#define GPIO_PIN_12                ((uint16_t)0x1000)  /* Pin 12 selected   */#define GPIO_PIN_13                ((uint16_t)0x2000)  /* Pin 13 selected   */#define GPIO_PIN_14                ((uint16_t)0x4000)  /* Pin 14 selected   */#define GPIO_PIN_15                ((uint16_t)0x8000)  /* Pin 15 selected   */#define GPIO_PIN_All               ((uint16_t)0xFFFF)  /* All pins selected */
#define GPIO_PIN_MASK              0x0000FFFFu /* PIN mask for assert test *//**  * @}  */

可以選擇的GPIO引腳模式

/** @defgroup GPIO_mode_define GPIO mode define  * @{  */#define  GPIO_MODE_INPUT                        0x00000000u   /*!< 輸入模式      */#define  GPIO_MODE_OUTPUT_PP                    0x00000001u   /*!< 推挽輸出模式              */#define  GPIO_MODE_OUTPUT_OD                    0x00000011u   /*!< 開漏輸出模式              */#define  GPIO_MODE_AF_PP                        0x00000002u   /*!< 復(fù)用推挽輸出模式    */#define  GPIO_MODE_AF_OD                        0x00000012u   /*!< 復(fù)用開漏輸出模式    */#define  GPIO_MODE_AF_INPUT                     GPIO_MODE_INPUT   /*!< 復(fù)用功能輸入模式      */
#define  GPIO_MODE_ANALOG                       0x00000003u   /*!< 模擬輸入模式  */
#define  GPIO_MODE_IT_RISING                    0x10110000u   /*!< 上升沿觸發(fā)檢測(cè)的外部中斷模式         */#define  GPIO_MODE_IT_FALLING                   0x10210000u   /*!< 下降沿觸發(fā)檢測(cè)的外部中斷模式         */#define  GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING            0x10310000u   /*!< 上升/下降沿觸發(fā)檢測(cè)的外部中斷模式  */
#define  GPIO_MODE_EVT_RISING                   0x10120000u   /*!< 上升沿觸發(fā)檢測(cè)的外部事件模式         */#define  GPIO_MODE_EVT_FALLING                  0x10220000u   /*!< 下降沿觸發(fā)檢測(cè)的外部事件模式         */#define  GPIO_MODE_EVT_RISING_FALLING           0x10320000u   /*!< 上升/下降沿觸發(fā)檢測(cè)的外部事件模式  *//**  * @}  */

可以選擇的GPIO引腳上拉/下拉激活

/** @defgroup GPIO_pull_define GPIO pull define  * @brief GPIO Pull-Up or Pull-Down Activation  * @{  */#define  GPIO_NOPULL        0x00000000u   /*!< 沒有激活上拉或下拉  */#define  GPIO_PULLUP        0x00000001u   /*!< 上拉激活           */#define  GPIO_PULLDOWN      0x00000002u   /*!< 下拉激活           *//**  * @}  */

可以選擇的GPIO引腳的速度

/** @defgroup GPIO_speed_define  GPIO speed define  * @brief GPIO Output Maximum frequency  * @{  */#define  GPIO_SPEED_FREQ_LOW              (GPIO_CRL_MODE0_1) /*!< Low speed 低速 */#define  GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM           (GPIO_CRL_MODE0_0) /*!< Medium speed 中速 */#define  GPIO_SPEED_FREQ_HIGH             (GPIO_CRL_MODE0)   /*!< High speed 高速 *//**  * @}  */

審核編輯 黃宇