单片机外设快速入门篇（五）——GPIO篇

一、GPIO输入模式

​1. 浮空输入（Floating Input）​
​原理：引脚电平完全由外部电路决定，无内部上拉或下拉电阻。
​特点：
悬空时电平不确定（易受干扰）。
需外部电路确保稳定电平。
​适用场景：外部信号源已有明确电平驱动（如SPI通信、ADC采样）。
​2. 上拉输入（Pull-up Input）​
​原理：内部上拉电阻将引脚默认拉至高电平（VCC）。
​特点：
悬空时引脚为高电平。
外部接地时变为低电平。
​适用场景：按键检测（按键未按下时为高电平，按下时接地为低电平）。
​3. 下拉输入（Pull-down Input）​
​原理：内部下拉电阻将引脚默认拉至低电平（GND）。
​特点：
悬空时引脚为低电平。
外部接高电平时变为高电平。
​适用场景：传感器触发信号（如高电平有效的中断信号）。

​二.GPIO输出模式

​1. 推挽输出（Push-Pull Output）​
​原理：
输出高电平时：MOS管导通，引脚连接VCC。
输出低电平时：MOS管导通，引脚连接GND。
​特点：
高低电平驱动能力强，可直接驱动LED、继电器等。
电平稳定，抗干扰能力强。
​适用场景：普通数字信号输出（如控制LED、蜂鸣器）。

​2. 开漏输出（Open-Drain Output）​
​原理：
输出低电平时：MOS管导通，引脚连接GND。
输出高电平时：MOS管关闭，引脚为高阻态（需外接上拉电阻）。
​特点：
高电平依赖外部上拉电阻。
支持“线与”逻辑（多设备共享总线）。
​适用场景：
I²C、SMBus等通信总线。
电平转换（如5V与3.3V设备兼容）。

​3. 复用功能输出（Alternate Function Output）​
​原理：GPIO引脚配置为特定外设功能（如UART、SPI、PWM等）。
​特点：信号由外设模块自动控制。
​适用场景：外设专用通信或控制（如定时器输出PWM波）。

特殊模式
​1. 模拟输入（Analog Input）​
​原理：引脚直接连接ADC（模数转换器），读取模拟电压。
​适用场景：传感器模拟信号采集（如温度、光照强度）。
​2. 高阻态（High-Z）​
​原理：引脚既非输入也非输出，呈现高阻抗状态。
​适用场景：总线冲突避免或信号隔离。

三.GPIO配置步骤

​时钟使能：开启对应GPIO端口的时钟。
​引脚模式设置：选择输入/输出/复用/模拟模式。
​输出类型设置：推挽或开漏输出。
​上拉/下拉配置：选择是否启用内部电阻。
​速度配置：设置输出驱动速度（低速/中速/高速）。

// STM32 HAL库配置示例（推挽输出）
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;           // 选择引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 推挽输出
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;         // 不启用上拉/下拉
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 高速驱动
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);     // 初始化GPIOA