STM32 引脚说明

GPIO 是通用输入 / 输出端口的简称，是 STM32 可控制的引脚。GPIO 的引脚与外部硬件设备连接，可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。

STM32F103ZET6 芯片为 144 脚芯片，包括 7 个通用目的的输入 / 输出口（GPIO）组，分别为 GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG，同时每组 GPIO 口组有 16 个 GPIO 口。通常简略称为 PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx，其中 x 为 0-15。

STM32 的大部分引脚除了当 GPIO 使用之外，还可以复用位外设功能引脚（比如串口），这部分在【STM32】STM32 端口复用和重映射（AFIO 辅助功能时钟） 中有详细的介绍。

GPIO 基本结构

每个 GPIO 内部都有这样的一个电路结构，这个结构在本文下面会具体介绍。

这边的电路图稍微提一下：

保护二极管：IO 引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。当引脚电压高于 VDD 时，上方的二极管导通；当引脚电压低于 VSS 时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。但是尽管如此，还是不能直接外接大功率器件，须加大功率及隔离电路驱动，防止烧坏芯片或者外接器件无法正常工作。

P-MOS 管和 N-MOS 管：由 P-MOS 管和 N-MOS 管组成的单元电路使得 GPIO 具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。这里的电路会在下面很详细地分析到。

TTL 肖特基触发器：信号经过触发器后，模拟信号转化为 0 和 1 的数字信号。但是，当 GPIO 引脚作为 ADC 采集电压的输入通道时，用其“模拟输入”功能，此时信号不再经过触发器进行 TTL 电平转换。ADC 外设要采集到的原始的模拟信号。

这里需要注意的是，在查看《STM32 中文参考手册 V10》中的 GPIO 的表格时，会看到有“FT”一列，这代表着这个 GPIO 口时兼容 3.3V 和 5V 的；如果没有标注“FT”，就代表着不兼容 5V。

STM32 的 GPIO 工作方式

GPIO 支持 4 种输入模式（浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入）和 4 种输出模式（开漏输出、开漏复用输出、推挽输出、推挽复用输出）。同时，GPIO 还支持三种最大翻转速度（2MHz、10MHz、50MHz）。

每个 I/O 口可以自由编程，但 I/O 口寄存器必须按 32 位字被访问。

GPIO_Mode_AIN 模拟输入

GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入

GPIO_Mode_IPD 下拉输入

GPIO_Mode_IPU 上拉输入

GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出

GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出

GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出

GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出

下面将具体介绍 GPIO 的这八种工作方式：

浮空输入模式

浮空输入模式下，I/O 端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，I/O 的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

上拉输入模式

上拉输入模式下，I/O 端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在 I/O 端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在高电平；并且在 I/O 端口输入为低电平的时候，输入端的电平也还是低电平。

下拉输入模式

下拉输入模式下，I/O 端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在 I/O 端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在低电平；并且在 I/O 端口输入为高电平的时候，输入端的电平也还是高电平。

模拟输入模式

模拟输入模式下，I/O 端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块，比如 ADC 模块等等。

开漏输出模式

开漏输出模式下，通过设置位设置 / 清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经 N-MOS 管，最终输出到 I/O 端口。这里要注意 N-MOS 管，当设置输出的值为高电平的时候，N-MOS 管处于关闭状态，此时 I/O 端口的电平就不会由输出的高低电平决定，而是由 I/O 端口外部的上拉或者下拉决定；当设置输出的值为低电平的时候，N-MOS 管处于开启状态，此时 I/O 端口的电平就是低电平。同时，I/O 端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，I/O 端口的电平不一定是输出的电平。

开漏复用输出模式

开漏复用输出模式，与开漏输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让 CPU 直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。

总结与分析

1、什么是推挽结构和推挽电路？
推挽结构一般是指两个参数相同的三极管或 MOS 管分别受两互补信号的控制，总是在一个三极管或 MOS 管导通的时候另一个截止。高低电平由输出电平决定。

推挽电路是两个参数相同的三极管或 MOSFET，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务。电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

2、开漏输出和推挽输出的区别？
开漏输出：只可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极。适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强(一般 20ma 以内)；

推挽输出:可以输出强高、低电平，连接数字器件。

关于推挽输出和开漏输出，最后用一幅最简单的图形来概括：

该图中左边的便是推挽输出模式，其中比较器输出高电平时下面的 PNP 三极管截止，而上面 NPN 三极管导通，输出电平 VS+；当比较器输出低电平时则恰恰相反，PNP 三极管导通，输出和地相连，为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式，需要接上拉。

3、在 STM32 中选用怎样选择 I/O 模式？
浮空输入 _IN_FLOATING ——浮空输入，可以做 KEY 识别，RX1

带上拉输入 _IPU——IO 内部上拉电阻输入

带下拉输入 _IPD—— IO 内部下拉电阻输入

模拟输入 _AIN ——应用 ADC 模拟输入，或者低功耗下省电

开漏输出 _OUT_OD ——IO 输出 0 接 GND，IO 输出 1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。当输出为 1 时，IO 口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样 IO 口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读 IO 输入电平变化，实现 C51 的 IO 双向功能

推挽输出 _OUT_PP ——IO 输出 0- 接 GND， IO 输出 1 - 接 VCC，读输入值是未知的

复用功能的推挽输出 _AF_PP ——片内外设功能（I2C 的 SCL、SDA）

复用功能的开漏输出 _AF_OD——片内外设功能（TX1、MOSI、MISO.SCK.SS）