GPIO的8种工作方式：一、4 种输入模式1.1 Floating Input 浮空输入1.2 Pull-up Input 上拉输入1.3 Pull-down Input 下拉输入1.4 Analog Input 模拟输入二、4种输出模式2.1 General Push-Pull Output 推挽输出2.2 General Open-Drain Output 开漏输出2.3 Alternate General Push-Pull Output 复用推挽输出2.4 Alternate General Open-Drain Output 复用开漏输出
4种输入模式原理及特点
1. 浮空输入（Floating Input）
电路原理：引脚内部既不接上拉电阻（到 VDD），也不接下拉电阻（到 GND），直接连接到施密特触发器（数字信号整形电路）。
核心特点：外部信号直接决定引脚电平，无外部信号时，引脚电平随空间电磁干扰波动（“浮空” 即 “悬浮不定”）。
信号路径：外部信号 → 施密特触发器 → 内部数字电路（如寄存器）。
例：外部接按键且已串联上拉电阻时，无需内部电阻，用浮空输入检测按键状态。2. 上拉输入（Pull-up Input）
电路原理：引脚内部通过开关接入上拉电阻（电阻值通常为 30-50kΩ，连接到 VDD），同时连接施密特触发器。
核心特点：无外部信号时，上拉电阻将引脚 “拉到高电平”（接近 VDD）；外部输入低电平时（如接地），引脚被拉低。
关键作用：通过内部电阻消除 “悬空状态”，确保无外部信号时电平稳定。
例：按键一端接引脚，另一端接地，用上拉输入时，按键未按则引脚为高电平，按下为低电平。3. 下拉输入（Pull-down Input）
电路原理：与上拉输入对称，内部接入下拉电阻（连接到 GND），同时连接施密特触发器。
核心特点：无外部信号时，下拉电阻将引脚 “拉到低电平”；外部输入高电平时，引脚被拉高。
适用场景：外部信号为高电平有效（如传感器输出高电平触发中断），避免无信号时电平波动。4. 模拟输入（Analog Input）
电路原理：引脚直接连接到 ADC（模数转换器）的模拟信号通道，断开所有内部上拉 / 下拉电阻和施密特触发器（数字电路被隔离）。
核心特点：保留外部信号的 “连续电压特性”（而非转为 0/1 数字信号），确保 ADC 能采样到真实的模拟电压（如 0-3.3V 的渐变信号）。
例：连接光敏电阻（输出随光照变化的电压），用模拟输入让 ADC 读取光照强度。
4种输出模式原理及特点
5. 推挽输出（General Push-Pull Output）
电路原理：输出级由两个互补晶体管（NPN 和 PNP）组成：
输出高电平时，NPN 管截止，PNP 管导通，引脚通过 PNP 管连接到 VDD（输出高电平≈VDD）；
输出低电平时，PNP 管截止，NPN 管导通，引脚通过 NPN 管连接到 GND（输出低电平≈0V）。
核心特点：能主动输出高 / 低电平，驱动能力强（拉电流和灌电流较大，通常可达 20mA），无需外部电阻。
例：直接驱动 LED（高电平点亮时，PNP 管提供拉电流；低电平点亮时，NPN 管提供灌电流）。6. 开漏输出（General Open-Drain Output）
电路原理：输出级只有 NPN 晶体管，PNP 晶体管被移除：
输出低电平时，NPN 管导通，引脚接地（低电平≈0V）；
输出高电平时，NPN 管截止，引脚处于 “高阻态”（相当于断开），需通过外部上拉电阻连接到 VDD 才能输出高电平。
核心特点：不能主动输出高电平（依赖外部电阻），但支持 “线与” 功能（多个开漏输出引脚接同一总线，任一输出低电平则总线为低）。
例：I2C 总线的 SDA/SCL 线，多个设备通过开漏输出共享总线，避免信号冲突。7. 复用推挽输出（Alternate Function Push-Pull）
电路原理：输出级结构与 “推挽输出” 相同（互补晶体管），但控制信号来源从 “GPIO 控制器” 切换到 “片上外设”（如定时器、SPI、UART 等）。
核心特点：引脚功能被 “复用” 给外设，由外设直接驱动推挽输出级，兼顾外设功能和强驱动能力。
例：定时器的 PWM 输出引脚配置为复用推挽，由定时器直接控制高低电平切换，驱动电机调速。8. 复用开漏输出（Alternate Function Open-Drain）
电路原理：输出级结构与 “开漏输出” 相同（仅 NPN 晶体管），但控制信号来自片上外设，而非 GPIO 控制器。
核心特点：外设通过开漏结构输出信号，需外部上拉电阻，适合需要线与或电平转换的外设场景。
例：I2C 外设的引脚配置为复用开漏，由 I2C 控制器控制输出，通过外部上拉电阻实现多设备通信。
