代码收藏家 STM32 GPIO 多种输入输出模式详解，一篇文章让你轻松掌握！
一、GPIO 的介绍
GPIO（General-Purpose Input/Output）即通用输入输出端口，是微控制器中最基础、最常用的外设之一。对于 STM32 系列微控制器而言，GPIO 是连接芯片与外部世界的桥梁，它可以根据需求配置成不同的输入或输出模式，从而实现与各种外部设备的通信、控制或数据采集。
STM32 的 GPIO 具有以下特点：
二、输入输出模式的种类
STM32 的 GPIO 支持多种输入输出模式，主要分为输入模式和输出模式两大类，具体如下：
（一）输入模式
1.浮空输入（Floating Input）
配置为浮空输入时，GPIO 引脚不连接上拉或下拉电阻，电平状态完全由外部电路决定。此时读取引脚电平可能为高或低，取决于外部信号。
2.上拉输入（Pull-up Input）
内部集成上拉电阻，引脚默认被拉高到高电平。当外部输入为低电平时，引脚电平被拉低。
3.下拉输入（Pull-down Input）
内部集成下拉电阻，引脚默认被拉低到低电平。当外部输入为高电平时，引脚电平被拉高。
4.模拟输入（Analog Input）
用于模拟信号输入，此时 GPIO 引脚直接连接到芯片内部的 ADC（模数转换器），用于采集模拟电压信号。
（二）输出模式
1.推挽输出（Push-Pull Output）
由两个 MOS 管组成推挽结构，可输出强高电平和强低电平，驱动能力较强。
2.开漏输出（Open-Drain Output）
仅包含下拉 MOS 管，输出低电平时导通，输出高电平时处于高阻态，需要外部上拉电阻才能实现高电平输出。
3.复用推挽输出（Alternate Function Push-Pull）
用于外设功能（如 USART、SPI 等）的推挽输出模式，由外设模块控制引脚输出。
4.复用开漏输出（Alternate Function Open-Drain）
用于外设功能的开漏输出模式，同样需要外部上拉电阻。
三、各种模式的应用场景
不同的 GPIO 模式适用于不同的应用场景，合理选择模式可以提高系统的稳定性和可靠性。以下是各种模式的典型应用场景：
（一）输入模式应用场景
- 浮空输入
- 适用于外部电路已提供明确电平的场景，如按键连接到固定电压源。
- 示例：读取外部信号状态，但外部信号已具备上拉或下拉能力。
- 上拉输入
- 最常见的应用是按键输入。当按键未按下时，引脚通过上拉电阻保持高电平；按下按键时，引脚接地变为低电平。
- 示例：开发板上的用户按键通常配置为上拉输入模式。
- 下拉输入
- 与上拉输入相反，适用于外部信号常态为低电平的场景。
- 示例：某些开关电路，当开关闭合时引脚接高电平，否则保持低电平。
- 模拟输入
- 用于采集模拟信号，如温度传感器、光照传感器等输出的连续电压信号。
- 示例：使用 STM32 的 ADC 功能读取温度传感器的输出电压，转换为温度值。
（二）输出模式应用场景
- 推挽输出
- 适用于需要强驱动能力的场景，如直接驱动 LED、小型继电器等。
- 示例：控制 LED 灯的亮灭，输出高电平时 LED 点亮，输出低电平时 LED 熄灭。
- 开漏输出
- I2C 总线通信：I2C 总线要求使用开漏输出并外接上拉电阻，以实现 “线与” 逻辑和多主设备通信。
- 电平转换：通过外接上拉电阻到更高电压（如 5V），实现 3.3V MCU 控制 5V 设备。
- 示例：STM32 作为 I2C 从设备时，SDA 和 SCL 引脚通常配置为复用开漏输出模式。
- 复用推挽输出
- 外设通信接口：如 USART 的 TX 引脚、SPI 的 MOSI 引脚等，需要强驱动能力输出数据。
- 示例：配置 GPIO 为 USART 的 TX 引脚，用于发送串口数据。
- 复用开漏输出
- I2C 总线的 SDA 和 SCL 引脚，需要支持 “线与” 逻辑和高阻态。
- 示例：STM32 作为 I2C 主设备时，SDA 和 SCL 引脚配置为复用开漏输出模式。
四、应用举例
根据GPIO的基本结构，我们启用GPIO的步骤为：
1. 启用 GPIO 时钟
STM32 的外设需要先使能对应的时钟才能工作。LED 连接在 GPIOC 端口，因此需要启用 GPIOC 的时钟：
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
2. 配置 GPIO 引脚模式
使用GPIO_InitTypeDef结构体配置 LED 引脚为推挽输出模式：
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
// 配置Pin13为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
3. 控制 LED 亮灭
配置完成后，可通过以下函数控制 LED：
GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 输出高电平（LED灭）
GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 输出低电平（LED亮）作者：晨曦学习日记
