1 綜述

I/O口是單片機(jī)中非常常用的外設(shè)，STM32的I/O口有8種狀態(tài)，雖然一直在使用過(guò)程中沒(méi)有遇到什么問(wèn)題，但是一直都不是很清楚，因此這里做一個(gè)總結(jié)（實(shí)際上這里的概念也是和STM8等其他單片機(jī)，理解了這8中狀態(tài)，也就基本上理解了大部分I/O口）。

2 廬山真面目

我們?cè)趲?kù)文件中的"stm32f10x_gpio.h"中可以看到如下代碼：

typedefenum

{

    GPIO_Mode_AIN = 0x0,

    GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,

    GPIO_Mode_IPD = 0x28,

    GPIO_Mode_IPU = 0x48,

    GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,

    GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,

    GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,

    GPIO_Mode_AF_PP = 0x18

}GPIOMode_TypeDef;

上面因?yàn)槭怯⑽模簧跚逦?，下面下面翻譯一下：

typedefenum

{

    GPIO_Mode_AIN = 0x0,           /* 模擬輸入 */

    GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,  /* 浮空輸入，復(fù)位后的狀態(tài) */

    GPIO_Mode_IPD = 0x28,          /* 下拉輸入，這里的下拉是指單片機(jī)內(nèi)部的電阻 */

    GPIO_Mode_IPU = 0x48,          /* 上拉輸入，這里的上拉是指單片機(jī)內(nèi)部的電阻 */

    GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,       /* 開(kāi)漏輸出 */

    GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,       /* 推挽輸出 */

    GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,        /* 復(fù)用開(kāi)漏輸出 */

    GPIO_Mode_AF_PP = 0x18         /* 復(fù)用推挽輸出 */

}GPIOMode_TypeDef;

在芯片資料中我們可以看到，I/O口的基本結(jié)構(gòu)如下（5V兼容I/O位的基本結(jié)構(gòu)圖省略）：

由于我們使用函數(shù)庫(kù)開(kāi)發(fā)，因此本文就不再接掃具體的位操作了。

3 分別介紹

3.1 模擬輸入（Analog input）

顧名思義，就是這個(gè)I/O口（input/output口）當(dāng)作input使用，并且是模擬輸入。模擬輸入狀態(tài)下用來(lái)接受模擬量（電壓值），一般用于AD采集。

3.2 浮空輸入（Floating input）

也叫懸浮輸入，一般把浮空輸入和上拉輸入做類(lèi)比學(xué)習(xí)。上拉輸入的時(shí)候，引腳內(nèi)部有一個(gè)上拉電阻通過(guò)開(kāi)關(guān)連接到電源VDD，當(dāng)引腳沒(méi)有和外部電路連接時(shí)，設(shè)置上拉輸入方式的I/O引腳電平是確定的高電平（相同的，下拉輸入就是確定的低電平）。而浮空輸入則不同，它的電瓶水hi不確定的，即使外部的一個(gè)很小的輸入信號(hào)都會(huì)使其發(fā)生改變。如果引腳設(shè)置為懸空的情況下，讀取該端口的電平是不確定的。

3.3 下拉輸入（Input down）

顧名思義，很好理解，可以參見(jiàn)3.2 浮空輸入。

3.4 上拉輸入（Input up）

顧名思義，很好理解，可以參見(jiàn)3.2 浮空輸入。

3.5 開(kāi)漏輸出（Open Collector Output）

輸出端相當(dāng)于三極管的集電極，要得到高電平狀態(tài)需要上拉電阻才行。適合于做電流型的驅(qū)動(dòng)，其吸收電流的能力相對(duì)強(qiáng)（一般20mA以內(nèi)）。開(kāi)漏形式的電路有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1、利用外部電路的驅(qū)動(dòng)能力，減少I(mǎi)C內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)IC內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流是從外部的VCC流經(jīng)上拉電阻、MOSFET到GND。IC內(nèi)部?jī)H需很小的柵極驅(qū)動(dòng)電流。

2、一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)漏是用來(lái)連接不同電平的器件，匹配電平用的，因?yàn)殚_(kāi)漏引腳不連接外部的上拉電阻時(shí)，只能輸出低電平，如果需要同時(shí)具備輸出高電平的功能，則需要接上拉電阻，很好的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)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(zhuǎn)換的速度。阻值越大，速度越低功耗越小，所以負(fù)載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。）

3、開(kāi)漏輸出提供了靈活的輸出方式，但是也有其弱點(diǎn)，就是帶來(lái)上升沿的延時(shí)。因?yàn)樯仙厥峭ㄟ^(guò)外接上拉無(wú)源電阻對(duì)負(fù)載充電，所以當(dāng)電阻選擇小時(shí)延時(shí)就小，但功耗大；反之延時(shí)大功耗小。所以如果對(duì)延時(shí)有要求，則建議用下降沿輸出。

4、可以將多個(gè)開(kāi)漏輸出連接到一條線上。通過(guò)一只上拉電阻，在不增加任何器件的情況下，形成"與邏輯"關(guān)系，即"線與"?？梢院?jiǎn)單的理解為：在所有引腳連在一起時(shí)，外接一上拉電阻，如果有一個(gè)引腳輸出為邏輯0，相當(dāng)于接地，與之并聯(lián)的回路"相當(dāng)于被一根導(dǎo)線短路"，所以外電路邏輯電平便為0，只有都為高電平時(shí)，與的結(jié)果才為邏輯1。

開(kāi)漏輸出就是不輸出電壓，低電平時(shí)接地，高電平時(shí)不接地。如果外接上拉電阻，則在輸出高電平時(shí)電壓會(huì)拉到上拉電阻的電源電壓。這種方式適合在連接的外設(shè)電壓比單片機(jī)電壓低的時(shí)候。輸出端出跟集電極開(kāi)路十分相似，工作原理也是一樣的。不同的是，開(kāi)漏輸出使用的場(chǎng)效應(yīng)管，使用時(shí)要加上拉電阻。（挺繞的，有機(jī)會(huì)用具體工程來(lái)介紹）

3.6 推挽輸出（Push-Pull Output）

推挽輸出可以輸出高、低電平，連接數(shù)字器件；推挽結(jié)構(gòu)一般是指兩個(gè)三極管分別受兩個(gè)互補(bǔ)信號(hào)的控制，總是在一個(gè)三極管導(dǎo)通的時(shí)候另一個(gè)截止。高低電平由IC的電源決定。

推挽電路是兩個(gè)參數(shù)相同的三極管或MOSFET，以推挽方式存在于電路中，各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù)，電路工作時(shí)，兩只對(duì)稱(chēng)的功率開(kāi)關(guān)管每次只有一個(gè)導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小、效率高。輸出既可以向負(fù)載灌電流，也可以從負(fù)載抽取電流。推拉式輸出級(jí)既提高電路的負(fù)載能力，又提高開(kāi)關(guān)速度。

關(guān)于推挽輸出和開(kāi)漏輸出，用一幅最簡(jiǎn)單的圖形來(lái)概括：該圖中左邊的便是推挽輸出模式，其中比較器輸出高電平時(shí)下面的PNP三極管截止，而上面NPN三極管導(dǎo)通，輸出電平VS+；當(dāng)比較器輸出低電平時(shí)則恰恰相反，PNP三極管導(dǎo)通，輸出和地相連，為低電平。右邊的則可以理解為開(kāi)漏輸出形式，需要接上拉。

3.7 復(fù)用開(kāi)漏輸出

可以理解為GPIO口被用作第二功能時(shí)的配置情況（即并非作為通用IO口使用）。

3.8 復(fù)用推挽輸出

與復(fù)用開(kāi)漏輸出一樣，可以理解為GPIO口被用作第二功能時(shí)的配置情況（即并非作為通用IO口使用）。

4 使用場(chǎng)景總結(jié)

1、浮空輸入GPIO_IN_FLOATING ——浮空輸入，可以做KEY識(shí)別，RX1。

2、帶上拉輸入GPIO_IPU——IO內(nèi)部上拉電阻輸入，有時(shí)也用作KEY是些。

3、帶下拉輸入GPIO_IPD—— IO內(nèi)部下拉電阻輸入，有時(shí)也用作KEY是些。

4、模擬輸入GPIO_AIN ——應(yīng)用ADC模擬輸入，或者低功耗下省電。

5、開(kāi)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(shí)現(xiàn)輸出高電平。當(dāng)輸出為1時(shí)，IO口的狀態(tài)由上拉電阻拉高電平，但由于是開(kāi)漏輸出模式，這樣IO口也就可以由外部電路改變?yōu)榈碗娖交虿蛔儭？梢宰xIO輸入電平變化，實(shí)現(xiàn)C51的IO雙向功能。

6、推挽輸出GPIO_Mode_Out_PP ——IO輸出0-接GND， IO輸出1 -接VCC，讀輸入值是未知的。用的最多了。

使用SPI芯片等的時(shí)候，片選引腳就是該模式。

7、復(fù)用功能的推挽輸出GPIO_AF_PP ——片內(nèi)外設(shè)功能（I2C的SCL,SDA）

8、復(fù)用功能的開(kāi)漏輸出GPIO_AF_OD——片內(nèi)外設(shè)功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）

在使用SPI芯片的時(shí)候，SCK MISO MOSI管教就是該模式

5 STM32項(xiàng)目實(shí)例

1、作為普通GPIO輸入：根據(jù)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(shí)不要使能該引腳對(duì)應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

2、作為普通GPIO輸出：根據(jù)需要配置該引腳為推挽輸出或開(kāi)漏輸出，同時(shí)不要使能該引腳對(duì)應(yīng)的所有復(fù)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(shí)不要使能該引腳對(duì)應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

4、作為內(nèi)置外設(shè)的輸入：根據(jù)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(shí)使能該引腳對(duì)應(yīng)的某個(gè)復(fù)用功能模塊。

5、作為內(nèi)置外設(shè)的輸出：根據(jù)需要配置該引腳為復(fù)用推挽輸出或復(fù)用開(kāi)漏輸出，同時(shí)使能該引腳對(duì)應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

注意如果有多個(gè)復(fù)用功能模塊對(duì)應(yīng)同一個(gè)引腳，只能使能其中之一，其它模塊保持非使能狀態(tài)。比如要使用STM32F103VBT6的47、48腳的USART3功能，則需要配置47腳為復(fù)用推挽輸出或復(fù)用開(kāi)漏輸出，配置48腳為某種輸入模式，同時(shí)使能USART3并保持I2C2的非使能狀態(tài)。如果要使用STM32F103VBT6的47腳作為T(mén)IM2_CH3，則需要對(duì)TIM2進(jìn)行重映射，然后再按復(fù)用功能的方式配置對(duì)應(yīng)引腳。