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什么是GPIO？
GPIO 全称是 General Purpose Input/Output，即通用输入输出端口。
是单片机/微控制器上最基础、最常用的功能模块之一。
每个GPIO引脚都可以被配置为输入或输出，用于与外部世界进行数字信号的交互。
1.GPIO框架图
通用框图F1系列：
1.1 解释图中一些元器件
这一部分不懂很正常，搭配后面的操作看。
引脚：引脚就是单片机芯片上我们常见的四周的小金属，像单片机的脚一样，是单片机和外设进行交流的通道
单片机片内外设：集成在单片机芯片内部的各种功能模块，图中引脚左边的输入输出功能都是单片机内部处理的，所以引脚以左就是单片机内部
Vcc：接入电路的电压
Vdd：元器件内部的工作电压
Vss：公共接地端电压
保护二极管：单向的二极管，配合VDD和VSS保证电流控制在有效电压范围
上拉电阻：就是电阻，防止电流太大
施密特触发器：把不稳定的电信号波整型成电路能处理的方波波型，如图
，
输出控制：输出控制内有一个反向器，把低电平转换成高电平，高电平转换成低电平
P型MOS管（PMOS）:当输出数据寄存器输出‘0’-------》输出控制把‘0’转换成 ‘1’-----》NMOS管打开 输出低电平
N型MOS管（NMOS）:当输出数据寄存器输出‘1’-------》输出控制把‘1’转换成 ‘0’-----》NMOS管打开 输出高电平
2.工作模式
1.输入模式
1.1. 浮空输入（Floating Input）
概念
(1) I/O引脚没有连接上拉或下拉电阻，也没有外部信号输入。（就是上拉电阻和下拉电阻处的开关都没有联通，直接存取。这个时候信号很容易不稳定）
(2) 引脚电平不确定，容易受外界干扰，可能随机跳变高低电平。
特点
(1) 高阻抗状态，对外部电路几乎没有影响。
(2) 不推荐将引脚长期设为浮空输入，容易引起误动作或功耗增加。
应用
(1) 仅在有外部信号源（如按键、传感器）时使用。
(2) 不建议悬空不用的引脚设为浮空输入。
1.2. 上拉输入（Pull-up Input）
概念
(1) I/O引脚内部或外部连接一个上拉电阻到Vdd（高电平）。
(2) 当没有外部信号时，电阻会把引脚电平拉到高电平。(相当于上面接一个电源，持续联通单片机内部，输入高电平Vdd)
特点
(1) 防止引脚悬空，默认高电平。
(2) 常用于按键检测（按下为低，松开为高）、I²C等场合。
应用
(1) 按键输入（常开按键一端接地）
(2) I²C总线
(3) 需要默认高电平的输入
1.3. 下拉输入（Pull-down Input）
概念
(1) I/O引脚内部或外部连接一个下拉电阻到GND（低电平）。
(2) 当没有外部信号时，电阻会把引脚电平拉到低电平。(外部没有信号的时候，内接Vss低电压，保持低电平)
特点
(1) 防止引脚悬空，默认低电平。
(2) 用于需要默认低电平的输入场合。
应用
(1) 按键输入（常闭按键一端接Vcc，较少用）
(2) 需要默认低电平的输入
1.4. 模拟输入（Analog Input）
概念
I/O引脚连接到ADC（模数转换器）模块，用于采集外部的连续模拟信号（如电压、电流、传感器输出等）。
特点
(1) 输入信号是连续的电压值，不是单纯的高低电平。
(2) 不能配置为上拉/下拉/浮空，通常为高阻抗输入。
应用
(1) 采集温度、光照、音频等模拟信号（因为信号不只是单纯的高低电平，而是要显示具体数据，需要直接采集复杂的电信号）
(2) 电位器、传感器等模拟量输入
2.输出模式
2.1. 推挽输出（Push-Pull Output）
原理
(1) 推挽输出结构由一个P型MOS管（PMOS）和一个N型MOS管（NMOS）组成。
(2) 输出高电平时，PMOS导通，NMOS关断，引脚被拉到Vcc。
(3) 输出低电平时，NMOS导通，PMOS关断，引脚被拉到GND。
(4) 不能同时导通，防止短路。
特点
(1) 可以主动输出高电平和低电平。
(2) 驱动能力强，响应速度快。
(3) 适合直接驱动LED、蜂鸣器等负载。
应用场景
(1) 普通数字信号输出
(2) 需要大电流驱动的场合
(3) SPI、UART等总线
2.2. 开漏输出（Open-Drain Output）
原理
(1) 只用NMOS管（或NPN三极管），没有PMOS。
(2) 输出低电平时，NMOS导通，引脚被拉到GND。
(3) 输出高电平时，NMOS关断，引脚为高阻态（悬空），需要外部上拉电阻拉到高电平。
特点
(1) 只能主动输出低电平，不能主动输出高电平。
(2) 需要外部上拉电阻，才能输出高电平。
(3) 多个开漏输出可以直接并联，实现“线与”功能（有任意一个为低，输出就为低）。
应用场景
(1) I²C总线（多主多从，需线与功能）
(2) 外部中断输入
(3) 需要与不同电压系统通信时（如3.3V与5V系统）
2.3. 总结对比
特性 推挽输出 开漏输出 输出高电平 主动输出 需上拉电阻 输出低电平 主动输出 主动输出 高阻态 无 有 并联线与 不支持 支持 驱动能力 强 取决于上拉电阻 应用 普通IO/驱动负载 I2C/中断/多机通信