嵌入式学习笔记2.GPIO的工作模式

GPIO的工作模式
根据GPIO的电路结构，引脚可以分为四种工作模式：

1.输入模式

根据是否开启上拉/下拉电阻，又可以分成3种输入模式：

（1）浮空输入

不使能上拉/下拉电阻。此时，I/0引脚的电平状态不确定，完全由外部输人决定。 MCU上电复位后，引脚默认的工作模式就是浮空输入。

（2）上拉输入

使能上拉电阻，1/0引脚内部接上拉电阻。如果引脚外部没有信号输入时，默认为高电平。

（3）下拉输入

使能下拉电阻，I/O引脚内部接下拉电阻。如果引脚外部没有信号输人时，默认为低电平。

输入模式下的上拉/下拉电阻在设计电路时比较有用。以按键电路为例，如果按键电路自身设计了上拉或下拉电阻，则引脚可以选择工作在浮空输人模式下。如果按键电路自身没有设计上拉或下拉电阻，则可以根据按键电路的设计，使能引脚的上拉/下拉电阻。这样可以减少按键电路的上拉或下拉电阻，起到简化电路的作用。

---

2.输出模式

当我们需要使用引脚作为数字输出时，常常使用输出模式。此时，输出驱动器启用，并配置为推挽类型或开漏类型，施密特触发器打开，可以读取引脚的电平状态。
根据MOS管的工作状态，又可以分成两种输出模式：

（1）推挽输出

P-MOS管和N-MOS管轮流工作，可以输出高电平或低电平。当输出数据寄存器的某一位为1时，经过非门后，P-MOS管处于导通状态，N-MOS管处于截止状态，对应的 I/O引脚将输出高电平；当输出数据寄存器的某一位为0时，经过非门后，P-MOS管处于截止状态，N-MOS管处于导通状态，对应的I/O引脚输出低电平。

（2）开漏输出

P-MOS管一直处于截止状态，只有N-MOS管工作，只能输出低电平。如果输出数据寄存器某一位为0时，N-MOS管处于导通状态，对应的I/O引脚将输出低电平。如果输出数据寄存器某一位为1时，N-MOS管处于截止状态。此时，对应I/O引脚的输出电平就不再由输出数据寄存器决定，而是由1/0引脚外部的上拉或下拉电阻决定。如果没有外部的上拉或下拉电阻，引脚将处于悬空状态。

在输出模式中，推挽输出是最常用的模式，用于指示灯、蜂鸣器、继电器及电机等外围电路的控制。

开漏输出则一般用于IIC总线（开漏模式加上拉电阻以实现双向数据通信）或者作为电平转换（3.3V电压与5V电压之间的转换）。

---

3.模拟模式

模拟模式主要用于片内模拟外设（A/D、D/A、模拟比较器等）的信号通道。当引脚工作于模拟模式时，施密特触发器被旁路，输出驱动器关闭，上拉/下拉电阻禁能，输人数据寄存器的值恒为0。此时，10引脚的功耗较小。因此在工程应用中，常常将没有用到的 I/O引脚设置为模拟模式，以减少系统功耗，提高抗干扰能力。

---

4.复用模式

GPIO引脚的基本功能是数字I/O，而STM32微控制器片内集成了大量的外设，如TIMER和UART等，这些片内外设的外部引脚与GPIO引脚复用。在复用模式下，引脚的电平状态不再受端口寄存器组的控制，而是由片内外设控制。此时，输出驱动器启用，可以配置为推挽类型或开漏类型；施密特触发器打开，可以读取引脚的电平状态。片内外设通过多路复用器与GPIO引脚互连，用户可以通过修改多路复用器，重新分配片内外设所映射的1/0引脚。引脚所对应的片内外设复用功能，可以通过查阅芯片的数据手册获取，或者在CubeMX软件的引脚分配图中点击对应引脚，在弹出的菜单中将列出该引脚的全部复用功能。

---