STM32 单片机常见的 8 种输入输出模式

STM32 单片机常见的 8 种输入输出模式

在 STM32 单片机的 GPIO（通用输入输出）操作中，常见的 8 种输入输出模式是开发过程中非常基础的内容。本文将详细介绍这 8 种模式，并提供示例代码和常见的使用场景，帮助新手快速掌握 GPIO 配置与应用。

1. 浮空输入模式 (GPIO_Mode_IN_FLOATING)

介绍

浮空输入模式是最常见的一种输入模式。在此模式下，GPIO 引脚没有连接任何电压源或电流源，处于高阻抗状态，不对外界信号提供任何拉力。

使用场景

适用于需要接收外部信号，但不需要对信号进行任何干预或增强的场合，比如一些外部开关或按键的输入。

示例代码

cCopy CodeGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();  // 开启 GPIOA 时钟

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;  // 配置 PA0 引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;  // 设置为输入模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;  // 不启用上下拉电阻
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);  // 初始化 GPIO

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2. 上拉输入模式 (GPIO_Mode_IPU)

介绍

在上拉输入模式下，GPIO 引脚内部会通过一个上拉电阻连接到 VCC。当外部输入为悬空时，GPIO 引脚会自动拉高。适合用于接收开关信号，确保输入状态稳定。

使用场景

常用于按键输入、开关输入等，需要确保引脚在未按下时为高电平的场合。

示例代码

cCopy CodeGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();  // 开启 GPIOA 时钟

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;  // 配置 PA1 引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;  // 设置为输入模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;  // 启用上拉电阻
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);  // 初始化 GPIO

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3. 下拉输入模式 (GPIO_Mode_IPD)

介绍

下拉输入模式和上拉输入模式类似，不同的是它通过内置的下拉电阻将引脚连接到 GND。适用于确保输入信号处于低电平时的场景。

使用场景

常用于需要确保引脚未接入时为低电平的场合，比如外部按钮接地的输入。

示例代码

cCopy CodeGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();  // 开启 GPIOA 时钟

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;  // 配置 PA2 引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;  // 设置为输入模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;  // 启用下拉电阻
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);  // 初始化 GPIO

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4. 模拟输入模式 (GPIO_Mode_AIN)

介绍

模拟输入模式用于模拟信号的输入，例如模拟传感器、温度传感器的输出。这种模式下，引脚会关闭数字功能，使其适合处理模拟信号。

使用场景

适用于连接模拟传感器，如温度传感器、光敏电阻等传感器输入。

示例代码

cCopy CodeGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();  // 开启 GPIOA 时钟

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_3;  // 配置 PA3 引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;  // 设置为模拟输入模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;  // 不启用上下拉电阻
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);  // 初始化 GPIO

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5. 开漏输出模式 (GPIO_Mode_Out_OD)

介绍

开漏输出模式允许引脚输出低电平或处于高阻抗状态。开漏模式的引脚不能输出高电平，需要外接上拉电阻来确保输出高电平。

使用场景

常用于 I2C 总线上的数据线和时钟线，需要外部上拉电阻的场景。

示例代码

cCopy CodeGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();  // 开启 GPIOA 时钟

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4;  // 配置 PA4 引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;  // 设置为开漏输出模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;  // 不启用上下拉电阻
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);  // 初始化 GPIO

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6. 开漏复用功能模式 (GPIO_Mode_AF_OD)

介绍

开漏复用功能模式允许引脚进行外部复用操作（例如 I2C、SPI 等外设）。在该模式下，GPIO 引脚工作在开漏输出模式，并能通过外设功能进行操作。

使用场景

适用于需要外设复用并且需要开漏模式的情况，如 I2C 通信的 SDA 和 SCL 引脚。

示例代码

cCopy CodeGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();  // 开启 GPIOB 时钟

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;  // 配置 PB6 引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;  // 设置为开漏复用模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;  // 启用上拉电阻
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);  // 初始化 GPIO

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7. 推挽输出模式 (GPIO_Mode_Out_PP)

介绍

推挽输出模式是一种最常见的输出模式，可以同时输出高电平和低电平。当 GPIO 引脚输出时，能够驱动较大的电流，适用于大部分需要稳定输出电平的场合。

使用场景

适用于需要驱动 LED、继电器等负载的场合。

示例代码

cCopy CodeGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();  // 开启 GPIOC 时钟

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;  // 配置 PC5 引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  // 设置为推挽输出模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;  // 不启用上下拉电阻
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;  // 设置输出速度
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);  // 初始化 GPIO

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8. 推挽复用功能模式 (GPIO_Mode_AF_PP)

介绍

推挽复用功能模式允许引脚在推挽输出模式下进行外设复用，适用于需要将引脚连接到特定外设的场合，如 PWM 输出或串口 TX 引脚。

使用场景

适用于具有推挽特性并且需要外设复用的场景，如 PWM 输出、UART/TX 引脚等。

示例代码

cCopy CodeGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();  // 开启 GPIOA 时钟

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;  // 配置 PA9 引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;  // 设置为推挽复用模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;  // 不启用上下拉电阻
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);  // 初始化 GPIO

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总结

在 STM32 开发中，正确配置 GPIO 引脚的输入输出模式是非常重要的。不同的模式适用于不同的硬件需求和应用场景，掌握这些模式的使用能够帮助我们更高效地设计和调试硬件电路。希望本教程能帮助你更好地理解和使用 STM32 的 GPIO 模式。

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 初始化 GPIO

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## 总结

在 STM32 开发中，正确配置 GPIO 引脚的输入输出模式是非常重要的。不同的模式适用于不同的硬件需求和应用场景，掌握这些模式的使用能够帮助我们更高效地设计和调试硬件电路。希望本教程能帮助你更好地理解和使用 STM32 的 GPIO 模式。

通过实际编写代码并运行，可以更好地掌握这些模式的应用。