一. 前言

??GPIO全稱General Purpose Input Output，是微控制數字輸入/輸出的基本模塊，可以實現微控制器與外部環境的數字進行交換。借助GPIO微控制器可以實現對外圍設備（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）復用推挽輸出模式 GPIO_Mode_AF_PP
??（4）復用開漏輸出模式 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

輸入驅動器

??GPIO的輸入驅動器主要由TTL肖特基觸發器、帶開關的上拉電阻和帶開關的下拉電阻組成，GPIO的輸入驅動器沒有多路選擇開關，輸入信號送到GPIO輸入數據寄存器的同時，送給了片上外設，所以GPIO的輸入沒有復用功能選項。

1. 上拉輸入模式

??上拉就是把當前引腳的電位拉高，比如拉到VDD。弱上拉和強上拉的區別只是上拉電阻的阻值不同。
??輸出緩沖器被禁止，TTL施密特觸發輸入被激活，此時圖中GPIO內部上拉電阻端的開關閉合，接通VDD，下拉電阻端開關斷開。此時引腳默認輸入為高電平。

2. 下拉輸入模式

??下拉就是把當前引腳的電位拉低，比如拉到GND。
??輸出緩沖器被禁止，TTL施密特觸發輸入被激活，此時圖中GPIO內部下拉電阻端的開關閉合，接通VSS，上拉電阻端開關斷開。此時引腳默認輸入為低電平。

3. 模擬輸入模式

??應用于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。由于邏輯器件的內部結構，當它輸入引腳懸空時，相當于該引腳接了高電平。實際運用時，引腳不建議懸空，容易受到干擾。

輸出緩沖器被禁止，TTL施密特觸發輸入被激活，GPIO內部下拉電阻端的開關斷開，上拉電阻端開關也斷開。

三. 輸出模式

輸出驅動器

GPIO的輸出驅動器主要由多路選擇器、輸出控制邏輯和一對互補的MOS管組成。多路選擇器是根據用戶的設置決定某個引腳是輸出還是復用功能輸出。輸出控制邏輯和一對互補的MOS管是根據用戶的設置通過控制P-MOS管和N-MOS管的導通還是斷開決定GPIO是開漏、推挽輸出模式還是關閉。

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，連接數字器件。推挽輸出的結構一般是指兩個三極管分別受到兩個互補信號的控制，在一個三極管被導通的時候另一個三極管被截止。輸出的高點電平則是由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合，像需要輸出5V的高電平就可以在外部接入一個上拉電阻，上拉電源為5v，并把GPIO設置為開漏模式，當輸出高阻態時，由上拉電源向外部輸出5V的電平。

在開漏輸出時，只有N-MOS會參與工作，上方的P-MOS管完全不工作。當輸出控制為0（低電平）時，P-MOS管關閉，N-MOS管導通，使得輸出GND。當輸出控制為1（高電平）時，P-MOS管和N-MOS管全部關閉，引腳既不輸出高電平也不輸出低電平，此時呈現一個高阻態。正常使用的情況下，必須接一個上拉電阻，若不接上拉電阻，則引腳只能輸出低電平。
??在推挽輸出時，施密特觸發器是打開的，即輸入可用，通過輸入數據寄存器GPIOx_IDR可讀取I/O的實際狀態。

3. 復用推挽輸出模式

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

4. 復用開漏輸出模式

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

四. GPIO的選用

當作為普通GPIO輸入：根據需要配置該引腳為浮空、上拉或下拉輸入，同時不使能該引腳對應的所有復用功能模塊。

當作為普通GPIO輸出：根據需要配置該引腳為推挽輸出或開漏輸出，同時不使能該引腳對應的所有復用功能模塊。

當作為普通模擬輸入：配置該引腳為模擬輸入模式，同時不使能該引腳對應的所有復用功能模塊。

當作為內置外設的輸入：根據需要配置該引腳為浮空、上拉或下拉輸入，同時使能該引腳對應的某個復用功能模塊。

當作為內置外設的輸出：根據需要配置該引腳為復用推挽輸出或復用開漏輸出，同時使能該引腳對應的所有復用功能模塊。

五. 有關GPIO輸入/輸出模式的初始化（F1系列 HAL庫函數）

?GPIO_InitTypeDef 類型的結構體

typedef struct{  uint32_t Pin;       /*!<指定要配置的GPIO引腳。該參數可以是@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。該參數可以是@ref GPIO_pull_define的值 */  uint32_t Speed;     /*!< 指定所選引腳的速度。該參數可以是@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   /*!< 復用推挽輸出模式    */#define  GPIO_MODE_AF_OD                        0x00000012u   /*!< 復用開漏輸出模式    */#define  GPIO_MODE_AF_INPUT                     GPIO_MODE_INPUT   /*!< 復用功能輸入模式      */
#define  GPIO_MODE_ANALOG                       0x00000003u   /*!< 模擬輸入模式  */
#define  GPIO_MODE_IT_RISING                    0x10110000u   /*!< 上升沿觸發檢測的外部中斷模式         */#define  GPIO_MODE_IT_FALLING                   0x10210000u   /*!< 下降沿觸發檢測的外部中斷模式         */#define  GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING            0x10310000u   /*!< 上升/下降沿觸發檢測的外部中斷模式  */
#define  GPIO_MODE_EVT_RISING                   0x10120000u   /*!< 上升沿觸發檢測的外部事件模式         */#define  GPIO_MODE_EVT_FALLING                  0x10220000u   /*!< 下降沿觸發檢測的外部事件模式         */#define  GPIO_MODE_EVT_RISING_FALLING           0x10320000u   /*!< 上升/下降沿觸發檢測的外部事件模式  *//**  * @}  */

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