GPIO四种输入和四种输出模式

GPIO的结构图如下所示:
最右端为I/O引脚,左端的器件位于芯片内部。I/O引脚并联了两个用于保护的二极管。
在这里插入图片描述

输入模式

从I/O引脚进来就遇到了两个开关和电阻,与VDD相连的为上拉电阻,与VSS相连的为下拉电阻。再连接到TTL施密特触发器就把电压信号转化为0、1的数字信号存储在输入数据寄存器(IDR)。我们可以通过设置配置寄存器(CRL、CRH)来控制这两个开关,于是就可以得到GPIO的上拉输入模式(GPIO_Mode_IPU)和下拉输入模式(GPIO_Mode_IPD)了。

  1. 上拉输入模式
    若GPIO引脚配置为上拉输入模式,在默认状态下(GPIO引脚无输入),读取得的GPIO引脚数据为1,高电平。
  2. 下拉输入模式
    下拉模式则相反,在默认状态下其引脚数据为0,低电平。
  3. 浮空输入模式
    浮空输入模式(GPIO_Mode_IN_FLOATING)在芯片内部既没有接上拉,也没有接下拉电阻,经由触发器输入。配置成这个模式直接用电压表测量其引脚电压为1点几伏,这是个不确定值。由于其输入阻抗较大,一般把这种模式用于标准的通信协议如I2C、USART的接收端。
  4. 模拟输入模式
    模拟输入模式(GPIO_Mode_AIN)则关闭了施密特触发器,不接上、下拉电阻,经由另一线路把电压信号传送到片上外设模块。如传送至ADC模块,由ADC采集电压信号。所以使用ADC外设的时候,必须设置为模拟输入模式。

输出模式

  1. 推挽输出模式
    所谓推挽输出模式,则是根据其工作方式来命名的。
    在输出高电平时,P-MOS管导通;低电平时,N-MOS管导通。两个管子轮流导通,一个负责灌电流,一个负责拉电流,使其负载能力和开关速度都比普通的方式有很大的提高。推挽输出的供电平为0伏,高电平为3.3伏。
  2. 开漏输出模式
    在开漏输出模式时,如果我们控制输出为0,低电平,则使N-MOS管导通,使输出接地,若控制输出为1(无法直接输出高电平),则既不输出高电平,也不输出低电平,为高阻态。为正常使用时必须在外部接上一个上拉电阻。它具有“线与”特性,即很多个开漏模式引脚连接到一起时,只有当所有引脚都输出高阻态,才由上拉电阻提供高电平,此高电平的电压为外部上拉电阻所接电源的电压。若其中一个引脚为低电平,那线路就相当于短路接地,使得整条线路都为低电平,0伏。

普通推挽输出模式一般应用在输出电平为0和3.3伏的场合。而普通开漏输出模式一般应用在电平不匹配的场合,如需要输出5伏的高电平,就需要在外部接一个上拉电阻,电源为5伏,把GPIO设置为开漏模式,当输出高阻态时,由上拉电阻和电源向外输出5伏的电平。

  1. 复用推挽输出模式

  2. 复用开漏输出模式

对于相应的复用模式,则是根据GPIO的复用功能来选择的,如GPIO的引脚用作串口的输出,则使用复用推挽输出模式。如果用在IC、SMBUS这些需要线与功能的复用场合,就使用复用开漏模式。


参考书籍:《STM32库开发实战指南》

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