本帖最后由 jf101 于 2023-11-13 17:36 编辑
一、GPIO 是什么？
GPIO，全称为General Purpose Input Output Ports（通用输入输出端口），也就是通用IO口。
GPIO是控制或者采集外部器件的信息的外设，可以由软件程序控制，用于输出或者输入高低电平。
GPIO的使用非常广泛。可以与硬件进行数据交互（如UART），控制硬件工作（如LED、蜂鸣器等），读取硬件的工作状态信号（如中断信号）等。
GPIO按组分配，每组16个I/O口，组数视芯片而定。
以STM32F103为例：
① 一共有4组IO，PA~PD。
二、GPIO 的 8 种工作模式
8种工作模式，分为4种输入模式和4种输出模式。
1. 浮空输入模式（GPIO_Mode_IN_FLOATING）
浮空输入模式下，上拉/下拉电阻为断开状态，施密特触发器为开启状态，I/O引脚的输出功能被禁止。
该模式下，外部的电平信号通过①（I/O引脚）进入MCU，先经过②（施密特触发器）的整形后，再进入③（输入数据寄存器），最后MCU可以在④（输入数据寄存器的另一端）随时读取I/O引脚的电平。
即，整形后的I/O引脚的电平信号直接进入输入数据寄存器，MCU直接读取I/O引脚的电平。
如果I/O引脚无输入时，MCU读取到的电平状态是不确定的。所以引脚不建议悬空，易受干扰。
如果I/O引脚输入高电平时，MCU读取到高电平1。
如果I/O引脚输入低电平时，MCU读到低电平0。
总结，浮空输入模式：
I/O引脚输入什么电平信号，MCU就读取到什么电平信号；
无信号输入（默认）时，MCU读取到的电平信号是不确定的。
浮空输入模式，可以用于KEY识别，RX1等。
2. 上拉输入模式（GPIO_Mode_IPU）
上拉输入模式下，上拉电阻导通，施密特触发器处于开启状态，I/O引脚的输出功能被禁止。
GPIO的内部上拉电阻的阻值较大，所以通过内部上拉输出的电流是很弱的，即“弱电流”。
如果需要大电流用作电流型驱动输出，还是要用外部上拉电阻。
上拉输入模式与浮空输入模式不同之处，是在①（I/O引脚）和②（施密特触发器）之间接入了一个上拉电阻，将电位拉高，比如拉到VCC。
如果I/O引脚无输入时，I/O引脚处相当于断开，上拉电阻的电流直接流向④，MCU读取到高电平1。
如果I/O引脚输入高电平时，I/O引脚的电压等于VDD的电压，电流还是流向④，MCU读取到高电平1。
如果I/O引脚输入低电平时，I/O引脚处相当于接地，上拉电阻的电流直接流向I/O引脚，MCU读到低电平0。
总结，上拉输入模式：
无信号输入（默认）或输入高电平时，MCU都是读取到高电平1；
输入低电平时，MCU读取到低电平0。
上拉输入模式，可以用于按键检测。
3. 下拉输入模式（GPIO_Mode_IPD）
下拉输入模式下，下拉电阻导通，施密特触发器处于开启状态，I/O引脚的输出功能被禁止。
下拉输入模式与浮空输入模式不同之处，是在①（I/O引脚）和②（施密特触发器）之间接入了一个下拉电阻，将电位拉低，比如拉到GND。
如果I/O引脚无输入时，I/O引脚处相当于断开，I/O引脚的电压等于VSS的电压，MCU读取到低电平0。
如果I/O引脚输入高电平时，由于下拉电阻阻值比通道④的阻值大，所以电流流向④，MCU读取到高电平1。
如果I/O引脚输入低电平时，I/O引脚处相当于接地，I/O引脚的电压等于VSS的电压，MCU读到低电平0。
总结，下拉输入模式：
无信号输入（默认）或输入低电平时，MCU都是读取到低电平0；
输入高电平时，MCU读取到高电平1。
下拉输入模式，和上拉输入模式相似，可以用于按键检测。
4. 模拟输入模式（GPIO_Mode_AIN）
模拟模式下，上拉/下拉电阻为断开状态，施密特触发器为关闭状态，输出部分的双MOS管也断开。
模拟输入模式下，外部的电平信号通过①（I/O引脚的模拟输入通道）进入MCU，MCU可以直接在③（模拟输出口）随时读取I/O引脚的电平。
由于施密特触发器断开，所以电信号也无法进入输入数据寄存器，所以MCU无法在“输入数据寄存器”中读取到有效的数据。
总结，模拟输入模式：
输入的电信号为模拟电压信号，而不是数字电平信号。
模拟输入的模拟电压信号，直接送到片上外设，一般是ADC。
除了 ADC 和 DAC 要将 I/O 配置为模拟通道之外，其他外设功能一律要配置为复用功能模式。
模拟输入模式，可以用于ADC采集或DAC输出，或者低功耗下省电。
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