STM32單片機I/O口，居然有8種工作模式

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今天詳細總結(jié)一下STM32單片機I/O的8種工作模式，讓大家在以后的設(shè)計中事半功倍。
' i/ ^9 Q3 `/ |1 A$ l1 g什么是GPIO？說到這8種工作模式之前，先通俗的解釋下GPIO的概念—通用輸入輸出 General Purpose Input Output 簡稱GPIO，就是芯片引腳可以通過它們輸出高、低電平，也可以通過他們輸入、讀取引腳的電壓、電平狀態(tài)。
# v7 U0 N3 @# G) f8 t6 t接下來講解的8種工作模式，我們以下圖為例進行分析介紹，讀懂這張圖，大家基本就可以完全理解STM32的GPIO了。

四種不同的輸出模式推挽輸出：
" j1 W0 Q8 q5 `4 i2 k此模式的引腳可輸出高低電平，用于連接和驅(qū)動數(shù)字設(shè)備。關(guān)于推挽，部分讀者可能有些疑惑，其實是將兩個參數(shù)相同的NPN、PNP三極管或NMOS、PMOS管以推挽形式布局于電路中，分別擔當正負半周波形的放大任務(wù)。兩對稱管僅有一個導通，損耗低且效率高，既能提升電路的帶載能力，亦可提高開關(guān)速度。電路如圖所示，讀者可在IO內(nèi)部圖中進行對照查找。
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開漏輸出：
此模式下，引腳模擬 NMOS 的漏極，關(guān)閉 PMOS以消除其影響。此時該引腳僅能輸出低電平，需加接上拉電阻以獲得高電平。有人可能質(zhì)疑，這種方式不如推挽輸出實用。然而，開漏輸出具備獨特優(yōu)勢，例如：1、適用于連接主控電平不匹配的器件，只需將上拉電阻的上拉端連接至對方電平；2、以小博大，借助外部電路驅(qū)動能力，降低內(nèi)部電流需求，內(nèi)部僅需較小柵極驅(qū)動電流。但需注意，由于上拉電阻的存在，可能導致上升沿延遲，詳情請參閱我之前關(guān)于電平匹配的文章。
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復用推挽輸出、復用開漏輸出：顧名思義該模式下就是將引腳復用為其他功能，不再是簡單的GPIO。像我們常用的UART、SPI等的輸出引腳就是復用的推挽輸出，而我們常用的I2C就是復用的開漏輸出，這時大家就應(yīng)該知道為什么我們在用I2C的時候需要上拉電阻了吧。這里給大家埋個伏筆——用I2C時為什么要開漏呢？
四種不同的輸入模式在這里我們來探討一種常見的輸入模式——“浮空輸入”，該模式主要用于檢測外部設(shè)備（如按鍵）所處的高/低電平狀態(tài)。具體解釋如下，當處在“浮空輸入”模式時，上拉電阻和下拉電阻均未與輸入端相連，使得引腳的電平狀態(tài)變得未知。若在此情況下讀取數(shù)據(jù)便會發(fā)現(xiàn)其毫無意義。為了避免此類問題，建議在實際應(yīng)用中務(wù)必確保引腳處于正確的連接狀態(tài)。

$ W8 M" n  r& R/ F1 Q上拉、下拉輸入：基本看名字大家就已經(jīng)知道這種模式是怎么回事了，上圖中如果上面紅圈電阻接入就是上拉輸入，下面紅圈電阻接入就是下拉輸入。上一段我說過按鍵輸入檢測用浮空輸入模式，如果用上拉、下拉模式就更簡單了，就可以省掉外部的上下拉電阻節(jié)約項目成本。
模擬輸入：這個模式也是我們非常常用的了，那就是引腳設(shè)置為STM32內(nèi)部ADC的模擬信號輸入。值得注意的是這種模式就不是所有的IO都有的功能了，需要帶ADC的IO口才可以設(shè)置。
; F% }; _& y; J! Y( V  ~2 u9 w補充說明針對IO引腳內(nèi)的兩個保護二極管，先前認為其作用為鉗位。然而，在參加ST的研討會時，官方明確表示并非用于鉗位，而是用于ESD防護。當引腳用作ADC輸入時，模擬信號不得超過3.6V，否則將導致?lián)p壞。
盡管芯片引腳內(nèi)置二極管保護，但建議在設(shè)計時，若引腳需引出板外，應(yīng)額外添加TVS二極管以增強防護。由于引腳暴露在外，易受靜電等環(huán)境因素影響。例如，下載接口在空間允許的情況下，常配備SOT-23的TVS二極管進行保護。
總結(jié)到這里大家會發(fā)現(xiàn)今天所講的全都是硬件層面的，大家從硬件層面搞懂這幾種模式，軟件上就簡單了，按照datasheet上面的說明進行配置就可以了。
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