STM32的IO口輸入輸出模式的理解

最近在看數據手冊的時候，發現在Cortex-M3里，對于GPIO的配置種類有8種之多：

(1)GPIO_Mode_AIN 模擬輸入

(2)GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空輸入

(3)GPIO_Mode_IPD 下拉輸入

(4)GPIO_Mode_IPU 上拉輸入

(5)GPIO_Mode_Out_OD 開漏輸出

(6)GPIO_Mode_Out_PP 推挽輸出

(7)GPIO_Mode_AF_OD 復用開漏輸出

(8)GPIO_Mode_AF_PP 復用推挽輸出

一、推挽輸出：可以輸出高、，連接數字器件;推挽結構一般是指兩個分別受兩個互補信號的控制，總是在一個三極管導通的時候另一個截止。高低電平由IC的電源決定。

推挽電路是兩個參數相同的三極管或MOSFET，以推挽方式存在于電路中，各負責正負半周的波形放大任務，電路工作時，兩只對稱的功率開關管每次只有一個導通，所以導通損耗小、效率高。輸出既可以向負載灌電流，也可以從負載抽取電流。推拉式輸出級既提高電路的負載能力，又提高開關速度。

二、開漏輸出：輸出端相當于三極管的集電極，要得到高電平狀態需要才行。適合于做電流型的驅動，其吸收電流的能力相對強(一般20mA以內)。開漏形式的電路有以下幾個特點：

1、利用外部電路的驅動能力，減少IC內部的驅動。當IC內部MOSFET導通時，驅動電流是從外部的VCC流經上拉電阻、MOSFET到GND。IC內部僅需很小的柵極驅動電流。

2、一般來說，開漏是用來連接不同電平的器件，匹配電平用的，因為開漏引腳不連接外部的上拉電阻時，只能輸出低電平，如果需要同時具備輸出高電平的功能，則需要接上拉電阻，很好的一個優點是通過改變上拉電源的電壓，便可以改變傳輸電平。比如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS電平輸出等。(上拉電阻的阻值決定了邏輯電平轉換的速度。阻值越大，速度越越小，所以負載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。)

3、開漏輸出提供了輸出方式，但是也有其弱點，就是帶來上升沿的延時。因為上升沿是通過外接上拉無源電阻對負載充電，所以當電阻選擇小時延時就小，但功耗大;反之延時大功耗小。所以如果對延時有要求，則建議用下降沿輸出。

4、可以將多個開漏輸出連接到一條線上。通過一只上拉電阻，在不增加任何器件的情況下，形成“與邏輯”關系，即“線與”。可以簡單的理解為：在所有引腳連在一起時，外接一上拉電阻，如果有一個引腳輸出為邏輯0，相當于接地，與之并聯的回路“相當于被一根導線短路”，所以外電路邏輯電平便為0，只有都為高電平時，與的結果才為邏輯1。

關于推挽輸出和開漏輸出，最后用一幅最簡單的圖形來概括：該圖中左邊的便是推挽輸出模式，其中輸出高電平時下面的PNP三極管截止，而上面NPN三極管導通，輸出電平VS+;當比較器輸出低電平時則恰恰相反，PNP三極管導通，輸出和地相連，為低電平。右邊的則可以理解為開漏輸出形式，需要接上拉。

三、浮空輸入：對于浮空輸入，一直沒找到很權威的解釋，只好從以下圖中去理解了

由于浮空輸入一般多用于外部按鍵輸入，結合圖上的輸入部分電路，我理解為浮空輸入狀態下，IO的電平狀態是的，完全由外部輸入決定，如果在該引腳懸空的情況下，讀取該端口的電平是不確定的。

四、上拉輸入/下拉輸入/模擬輸入：這幾個概念很好理解，從字面便能輕易讀懂。

五、復用開漏輸出、復用推挽輸出：可以理解為GP被用作第二功能時的配置情況(即并非作為通用IO口使用)

六、總結在中選用IO模式

1、浮空輸入GPIO_IN_FLOATING ——浮空輸入，可以做KEY識別，RX1

2、帶上拉輸入GPIO_IPU——IO內部上拉電阻輸入

3、帶下拉輸入GPIO_IPD—— IO內部下拉電阻輸入

4、模擬輸入GPIO_AIN ——應用ADC模擬輸入，或者低功耗下省電

5、開漏輸出GPIO_OUT_OD ——IO輸出0接GND，IO輸出1，懸空，需要外接上拉電阻，才能實現輸出高電平。當輸出為1時，IO口的狀態由上拉電阻拉高電平，但由于是開漏輸出模式，這樣IO口也就可以由外部電路改變為低電平或不變。可以讀IO輸入電平變化，實現C51的IO雙向功能

6、推挽輸出GPIO_OUT_PP ——IO輸出0-接GND， IO輸出1 -接VCC，讀輸入值是未知的

7、復用功能的推挽輸出GPIO_AF_PP ——片內外設功能(I2C的SCL,SDA)

8、復用功能的開漏輸出GPIO_AF_OD——片內外設功能(TX1,MOSI,MISO.SCK.SS)

七、STM32設置實例：

1、模擬I2C使用開漏輸出_OUT_OD，接上拉電阻，能夠正確輸出0和1;讀值時先GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);拉高，然后可以讀IO的值;使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0);

2、如果是無上拉電阻，IO默認是高電平;需要讀取IO的值，可以使用帶上拉輸入_IPU和浮空輸入_IN_FLOATING和開漏輸出_OUT_OD;

八、通常有5種方式使用某個引腳功能，它們的配置方式如下：

1、作為普通GPIO輸入：根據需要配置該引腳為浮空輸入、帶弱上拉輸入或帶弱下拉輸入，同時不要使能該引腳對應的所有復用。

2、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，同時不要使能該引腳對應的所有復用功能模塊。

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

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

5、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。

注意如果有多個復用功能模塊對應同一個引腳，只能使能其中之一，其它模塊保持非使能狀態。比如要使用STM32F103VBT6的47、48腳的USART3功能，則需要配置47腳為復用推挽輸出或復用開漏輸出，配置48腳為某種輸入模式，同時使能USART3并保持I2C2的非使能狀態。如果要使用STM32F103VBT6的47腳作為TIM2_CH3，則需要對TIM2進行重映射，然后再按復用功能的方式配置對應引腳。