STM32单片机I/O口，居然有8种工作模式

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今天详细总结一下STM32单片机I/O的8种工作模式，让大家在以后的设计中事半功倍。
什么是GPIO？说到这8种工作模式之前，先通俗的解释下GPIO的概念—通用输入输出 General Purpose Input Output 简称GPIO，就是芯片引脚可以通过它们输出高、低电平，也可以通过他们输入、读取引脚的电压、电平状态。
  v0 o* i+ F& i" N, ?* i4 H接下来讲解的8种工作模式，我们以下图为例进行分析介绍，读懂这张图，大家基本就可以完全理解STM32的GPIO了。
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四种不同的输出模式推挽输出：
* I  F  h4 k: R8 l/ d$ u1 U此模式的引脚可输出高低电平，用于连接和驱动数字设备。关于推挽，部分读者可能有些疑惑，其实是将两个参数相同的NPN、PNP三极管或NMOS、PMOS管以推挽形式布局于电路中，分别担当正负半周波形的放大任务。两对称管仅有一个导通，损耗低且效率高，既能提升电路的带载能力，亦可提高开关速度。电路如图所示，读者可在IO内部图中进行对照查找。

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, @1 f1 G2 ?9 N  k. }4 Q开漏输出：
; U/ t# E/ m* A此模式下，引脚模拟 NMOS 的漏极，关闭 PMOS以消除其影响。此时该引脚仅能输出低电平，需加接上拉电阻以获得高电平。有人可能质疑，这种方式不如推挽输出实用。然而，开漏输出具备独特优势，例如：1、适用于连接主控电平不匹配的器件，只需将上拉电阻的上拉端连接至对方电平；2、以小博大，借助外部电路驱动能力，降低内部电流需求，内部仅需较小栅极驱动电流。但需注意，由于上拉电阻的存在，可能导致上升沿延迟，详情请参阅我之前关于电平匹配的文章。

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5 B% `# |$ N0 c* S复用推挽输出、复用开漏输出：顾名思义该模式下就是将引脚复用为其他功能，不再是简单的GPIO。像我们常用的UART、SPI等的输出引脚就是复用的推挽输出，而我们常用的I2C就是复用的开漏输出，这时大家就应该知道为什么我们在用I2C的时候需要上拉电阻了吧。这里给大家埋个伏笔——用I2C时为什么要开漏呢？
: }9 s/ b; A/ X( D四种不同的输入模式在这里我们来探讨一种常见的输入模式——“浮空输入”，该模式主要用于检测外部设备（如按键）所处的高/低电平状态。具体解释如下，当处在“浮空输入”模式时，上拉电阻和下拉电阻均未与输入端相连，使得引脚的电平状态变得未知。若在此情况下读取数据便会发现其毫无意义。为了避免此类问题，建议在实际应用中务必确保引脚处于正确的连接状态。

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上拉、下拉输入：基本看名字大家就已经知道这种模式是怎么回事了，上图中如果上面红圈电阻接入就是上拉输入，下面红圈电阻接入就是下拉输入。上一段我说过按键输入检测用浮空输入模式，如果用上拉、下拉模式就更简单了，就可以省掉外部的上下拉电阻节约项目成本。
模拟输入：这个模式也是我们非常常用的了，那就是引脚设置为STM32内部ADC的模拟信号输入。值得注意的是这种模式就不是所有的IO都有的功能了，需要带ADC的IO口才可以设置。
补充说明针对IO引脚内的两个保护二极管，先前认为其作用为钳位。然而，在参加ST的研讨会时，官方明确表示并非用于钳位，而是用于ESD防护。当引脚用作ADC输入时，模拟信号不得超过3.6V，否则将导致损坏。
7 I4 @$ K6 J6 C0 m7 E; G尽管芯片引脚内置二极管保护，但建议在设计时，若引脚需引出板外，应额外添加TVS二极管以增强防护。由于引脚暴露在外，易受静电等环境因素影响。例如，下载接口在空间允许的情况下，常配备SOT-23的TVS二极管进行保护。
9 X; b0 j' D8 W( n总结到这里大家会发现今天所讲的全都是硬件层面的，大家从硬件层面搞懂这几种模式，软件上就简单了，按照datasheet上面的说明进行配置就可以了。
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