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【新手小白的嵌入式学习之路】-STM32的学习_GPIO 8种模式学习心得

ops 2025/7/3 11:47:07

GPIO 8种模式学习心得

前言
GPIO的简介
输出驱动器
- 推挽输出
- 开漏输出
输入驱动器

前言

之前我一直跟着江科大学习标准库函数控制STM32，最近换个口味学习用HAL库控制STM32，发现了一个宝藏up主：keysking，两位博主可谓是我学习嵌入式的b站导师！
经过这一阵子的持续学习，对于GPIO八种模式也有了一些理解，像是在迷雾里摸到了一点光亮，所以迫不及待的来记录一下！（声明：里面的图都是我截自两个博主的视频，无商业用途，只为了记录学习！）

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上面这个是STM32芯片其中一个GPIO端口的结构图，乍一看很复杂，仔细一看还是很复杂。我一开始连GPIO是什么我都不知道，更别说看懂这个结构图。
GPIO口就是芯片的部分引脚，如下所示：

GPIO的简介

GPIO全称（General Purpose Input Output），译为通用输入输出口
可配置为8种输入输出模式
引脚电平：0V~3.3V，部分引脚可容忍5V
输出模式下可控制端口输出高低电平，用以驱动LED、控制蜂鸣器、模拟通信协议输出时序等
输入模式下可读取端口的高低电平或电压，用于读取按键输入、外接模块电平信号输入、ADC电压采集、模拟通信协议接收数据等
GPIO端口的8种输入输出模式：

对于标准库函数的GPIO的配置
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STM32CubeIDE的HAL库的GPIO配置（我的理解）：

GPIO_Input 输入模式

Pull up 上拉输入
Pull down 上拉输入
No pull up and pull down 浮空输入

GPIO_Output 输出模式

Output Push Pull 推挽输出
Output Open Drain 开漏输出

GPIO_Analog 模拟模式

如图GPIO的结构主要分为输入驱动器和输出驱动器，对应输入和输出的两种模式。

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输出驱动器

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由上图，输出控制模块控制P-MOS和N-MOS(MOS可简化理解为两个被控制的开关），VDD对应3.3v的高电平，VSS对应0v的低电压，STM32的输出分为推挽输出和开漏输出。

为了方便理解这两种输出模式，举几个例子：

推挽输出

假设我们此时在I/O引脚连接一个普通小灯，小灯另一端接地，工作电压为3.3v，我们使用推挽输出模式。

需要I/O口输出高电平：我们通常使用函数修改寄存器，使输出控制模块控制P-MOS关闭和N-MOS断开，此时I/O口输出高电平，灯泡亮起。
需要I/O口输出低电平：同理，我们使用函数修改寄存器，使输出控制模块控制P-MOS断开和N-MOS闭合，此时I/O口输出低电平，灯泡熄灭。

总结一下：推挽输出模式下，通过函数修改寄存器的值从而使输出控制模块控制P-MOS和N-MOS的状态，达到输出高电平或低电平。

开漏输出

冷知识，开漏输出模式下，只有N-MOS工作，P-MOS一直处于断开状态，我查了资料，原因：

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假设我们此时在I/O引脚连接一个普通小灯，小灯另一端接地，工作电压为5v，由于推挽输出模式驱动不了5v，所以我们使用开漏输出。

需要I/O口输出高电平：N-MOS断开，整个I/O口内部处于高阻态（或者“断路”），小灯不会亮。
需要I/O口输出低电平：N-MOS闭合，I/O口与VSS相连，小灯也不会亮。

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倘若此时我们将小灯的另一端接一个5v的电源，那么I/O口输出高电平小灯不亮，I/O口输出低电平小灯就亮了，此时开漏输出也能控制小灯亮灭了。

综上，推挽输出靠芯片内部电压驱动小灯，而开漏输出并没有驱动能力，需要依靠外部电压驱动。
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输出控制模块分别由函数控制寄存器以及片上外设直接控制的·，前者是推挽输出和开漏输出，后者是复用推挽和复用开漏输出。

输入驱动器

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由上图，外部输入自I/O口引脚进入，首先经过一对上拉下拉电阻，所以上拉输入就是启用上面的电阻，下拉输入启用下面的电阻，浮空输入两个电阻都不启用，然后经过一个TTl肖特基触发器（模电学的施密特触发器），这里复习下原理：改造比较器形成两个参考电压，高于高参考电压的为高电平，低于低参考电压的为低电平，将模拟信号转为数字信号，经施密特触发器处理的电平信号被写入输入数据寄存器，由函数读取高低电平。