GPIO口工作原理的深度解析（附电路图）

Dollche

一、STM32的GPIO介绍
1、STM32引脚说明
$ |* Z$ O- W3 o* Y5 zGPIO是通用输入/输出端口的简称，是STM32可控制的引脚。GPIO的引脚与外部硬件设备连接，可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。
STM32F103ZET6芯片为144脚芯片，包括7个通用目的的输入/输出口（GPIO）组，分别为GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG，同时每组GPIO口组有16个GPIO口。通常简略称为PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx，其中x为0-15。
; R* I+ e0 U- Z' W) J+ F8 P3 I1 \STM32的大部分引脚除了当GPIO使用之外，还可以复用位外设功能引脚（比如串口），这部分在【STM32】STM32端口复用和重映射（AFIO辅助功能时钟） 中有详细的介绍。
: a( U& G- c0 \6 w
2、GPIO基本结构
5 ?4 C0 S' y' J" E  ]5 e' |每个GPIO内部都有这样的一个电路结构，这个结构在本文下面会具体介绍。
4 a+ a1 ?- C: g) O
. R3 N& z) s; l  l( k+ ~, k保护二极管：IO引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。当引脚电压高于VDD时，上方的二极管导通；当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。但尽管如此，还是不能直接外接大功率器件，须加大功率及隔离电路驱动，防止烧坏芯片或者外接器件无法正常工作。
$ L0 l3 p. l0 W) A, N" UP-MOS管和N-MOS管：由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。这里的电路会在下面很详细地分析到。
TTL肖特基触发器：信号经过触发器后，模拟信号转化为0和1的数字信号。但是，当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时，用其“模拟输入”功能，此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。ADC外设要采集到的原始的模拟信号。

' N. m2 W, O* Z( ^二、STM32的GPIO工作方式
GPIO支持4种输入模式（浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入）和4种输出模式（开漏输出、开漏复用输出、推挽输出、推挽复用输出）。同时，GPIO还支持三种最大翻转速度（2MHz、10MHz、50MHz）。
每个I/O口可以自由编程，但I/O口寄存器必须按32位字被访问。
" I$ B7 ^- p+ n6 ]GPIO_Mode_AIN 模拟输入
GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
GPIO_Mode_IPD 下拉输入
GPIO_Mode_IPU 上拉输入
; U# i' \% [' K8 [0 p% b  l5 [0 RGPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
* x' O# t2 F6 G$ G$ G- C3 n# VGPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
7 e  M! u( D2 f! Z( |. CGPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出
% A9 S% R' X$ q! d  f: O6 W
. e; U* k. @# O  I* Q- \! c0 G( B下面将具体介绍GPIO的几种工作方式：
- W) `( g& P$ T( P. |1 @, v1、浮空输入模式
* n0 Z( v6 d4 ^0 s
' P. I. h' b  ]( I8 z# O3 o, p浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，I/O的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

2、上拉输入模式
7 m# U9 e$ G$ E& a) ~* D
3 ~4 Q- O+ F+ O5 }1 ^) ^( |' o上拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在高电平；并且在I/O端口输入为低电平的时候，输入端的电平也还是低电平。
% Z% j9 g7 m5 R% u

big_gun

谢谢，学习学习

zhi_hui_zhou

谢谢分享！！！！！

Dc2023082110h

好好学习，天天向上~~