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1 什么是GPIO?

GPIO全称是general purpose input output，即通用输入输出端口，可用作输入或输出。GPIO端口可以通过程序配置成输入或输出。 以STM以32为例，除了当时，大多数引脚都是引脚的GPIO除使用外，还可重复用作外设功能引脚(如串口)。一个引脚可以用作IO口，也可作为外设引脚的复用功能。

2 GPIO的8工作模式

STM32的GPIO工作模式可分为八类： 四种输入模式：浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入； 四种输出模式：开漏输出、开漏复用、推拉输出、推拉复用。

2.1 输入模式

四种输入模式相对容易理解。先看看。M3架构的IO口基本结构： 这里值得注意的是，M3架构的上下拉只能在输入端工作，M在4的架构中，将上下拉放在保护二极管的左侧GPIO输出也实现上下拉。 可以看出，结构中有一个上拉下拉的开关电路，即选择不同的开关来确定输入状态的电平状态。这种情况是上拉输入或下拉输入。

浮空输入可以理解为没有上拉或下拉，即电平状态完全由IO口的电平决定。

在模拟输入模式时，图中的肖特基触发器将关闭，因为模拟输入通常用于ADC因此，关闭触发器直接收集模拟量是正确的方法。

但值得注意的是，上电复位后，GPIO默认为输入浮空状态，部分特殊功能引脚为特定状态。

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2.2 输出模式

从下图可以看出，设置为输出模式的结构图，其中步骤1、2、3是输出模式的写入和控制电路。在输出模式中，从4、5、6、7步可以看出，也可以通过读写寄存器读取电平状态。

复用输出功能与普通输出模式的区别在于，当CPU当使用一些内置的外设功能(片上的外设模块)时，决定输出状态的所谓寄存器发生了变化，例如PWM输出。 泄漏输出模式：输出端相当于三极管的集电极。为了获得高电平状态，需要上拉电阻。适用于电流驱动，其吸收电流的能力相对较强（一般 20ma 以内)。 泄漏电路具有以下特点： 1.利用外部电路的驱动能力降低 IC 内部驱动 IC 内部 MOSFET 导通时，驱动电流来自外部VCC 流经上拉电阻 ，再到MOSFET 到 GND。IC 内部只需要一个小的栅极驱动电流。 2.一般来说，泄漏是用来连接不同的电平设备，匹配电平，因为泄漏引脚不连接外部拉电阻，只能输出低电平，如果需要同时输出高电平功能，需要连接拉电阻，一个好的优点是通过改变拉电源电压，可以改变传输电平。例如，可以提供上拉电阻 TTL/CMOS 电平输出等。(上拉电阻的电阻决定了逻辑电平转换沿的速度 。电阻值越大，功耗越低，因此负载电阻的选择应考虑功耗和速度。） 3. 泄漏提供了灵活的输出模式，但也有其弱点，即上升边缘的延迟。由于上升边缘通过外部上拉无源电阻充电负载，当电阻选择小时时延迟小，但功耗大；相反，延迟大功耗小。因此，如果需要延迟，建议使用下降边缘输出。 4. 多个泄漏输出可以输出 Pin，连接到一条线。在不增加任何设备的情况下，通过上拉电阻形成逻辑关系。这也是 I2C，SMBus 等待总线判断总线占用状态的原理。补充:什么是线与？：在结点(线)上， 连接一个上拉电阻 VCC 或 VDD 和 n 个 NPN 或 NMOS 晶体管的集电极 C 或漏极 D, 晶体管的发射极 E 或源极 S 都接地线， 只要有一个晶体管饱和, 结点(线)被拉到地线电平上. 因为这些晶体管的基极注入电流(NPN)或者栅极加高电平(NMOS),晶体管饱和， 因此，这些基极或栅极对这个结点(线)的关系是非 NOR 逻辑. 假如在这个结点后面加一个反相器， 就是或 OR 逻辑。 事实上，它可以简单地理解为：当所有的引脚连接在一起时，如果有一个引脚输出作为逻辑 0、相当于接地，并联电路相当于被导线短路 0.只有高电平时，结果才是逻辑 1。

推拉输出模式：可输出高、低电平，连接数字设备；推拉结构一般是指两个三极管分别由两个互补信号控制，总是在一个三极管导通时的另一个截止日期。高低电平由 IC 低电源。 推挽电路是两个参数相同的三极管或 MOSFET，电路中存在推拉方式，负责正负波形放大任务半周。当电路工作时，两个对称的功率开关管每次只有一个导管，因此导管损耗小，效率高。输出不仅可以向负载灌注电流，还可以从负载中提取电流。推拉输出级不仅提高了电路的负载能力，而且提高了开关速度。 推挽式输出结构如下图：

如图所示，推拉放大器的输出级别有两个臂(两组放大元件)。当一个臂的电流增加时，另一个臂的电流减少，两者的状态轮流转换。就负载而言，似乎是一个臂在推，一个臂在拉，共同完成电流输出任务。当输出高电平时，即下载门输入高电平时，输出端的电流将是下级门通过本级电源 VT3 拉出。这样，平时输出高低电，VT3 一路和 VT5 一路交替工作，降低功耗，提高各管的承载能力。而且因为走哪条路，管道的导电阻都很小，所以 RC 常数小，转化速度快。因此，推拉输出级不仅提高了电路的负载能力，而且提高了开关速度。

2.3 输出模式比较

推拉输出：可输出强高低电平，连接数字设备 . 泄漏输出：只能输出强低电平，高电平必须通过外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极，需要上拉电阻才能获得高电平状态。 适用于电流驱动，其吸收电流的能力相对较强(一般20ma以内)。

3 文章参考

正点原子：GPIO工作原理和配置 博客：GPIO推拉输出和开漏输出模式的区别