STM32的八種I/O口的用法

STM32的八種I/O口的用法：

（1）GPIO_Mode_AIN模擬輸入
（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING浮空輸入
（3）GPIO_Mode_IPD下拉輸入
（4）GPIO_Mode_IPU上拉輸入
（5）GPIO_Mode_Out_OD開漏輸出
（6）GPIO_Mode_Out_PP推挽輸出
（7）GPIO_Mode_AF_OD復(fù)用開漏輸出
（8）GPIO_Mode_AF_PP復(fù)用推挽輸出
簡單理解：

1.浮空,顧名思義就是浮在空中,上面用繩子一拉就上去了,下面用繩子一拉就沉下去了。浮空輸入狀態(tài)下，IO的電平狀態(tài)是不確定的，完全由外部輸入決定，如果在該引腳懸空的情況下，讀取該端口的電平是不確定的。如果你外部上拉電阻，就是1；下拉電阻，就是0。浮空一般多用于按鍵，還有就是一些特殊功能。

2.開漏,就等于輸出口接了個(gè)NPN三極管,并且只接了e（基）和b（集電），c（發(fā)射）極是開路的,你可以接一個(gè)電阻到3.3V,也可以接一個(gè)電阻到5V,這樣,在輸出1的時(shí)候,就可以是5V電壓,也可以是3.3V電壓了.但是不接電阻上拉的時(shí)候,這個(gè)輸出高就不能實(shí)現(xiàn)了。

3.推挽,就是有推有拉,任何時(shí)候IO口的電平都是確定的,不需要外接上拉或者下拉電阻。

按照原理理解：
1.浮空：由于浮空輸入一般多用于外部按鍵輸入，結(jié)合圖上的輸入部分電路，我理解為浮空輸入狀態(tài)下，IO的電平狀態(tài)是不確定的，完全由外部輸入決定，如果在該引腳懸空的情況下，讀取該端口的電平是不確定的。

2.開漏輸出:輸出端相當(dāng)于三極管的集電極，要得到高電平狀態(tài)需要上拉電阻才行。適合于做電流型的驅(qū)動,其吸收電流的能力相對強(qiáng)(一般20mA以內(nèi))。

開漏形式的電路有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
（1）利用外部電路的驅(qū)動能力，減少IC（integratedcircuit，集成電路）內(nèi)部的驅(qū)動。當(dāng)IC內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動電流是從外部的VCC流經(jīng)Rpull-up，MOSFET到GND。IC內(nèi)部僅需很小的柵極驅(qū)動電流。
（2）一般來說，開漏是用來連接不同電平的器件，匹配電平用的，因?yàn)殚_漏引腳不連接外部的上拉電阻時(shí)，只能輸出低電平，如果需要同時(shí)具備輸出高電平的功能，則需要接上拉電阻，很好的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過改變上拉電源的電壓，便可以改變傳輸電平。比如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS電平輸出等。（上拉電阻的阻值決定了邏輯電平轉(zhuǎn)換的沿的速度。阻值越大，速度越低功耗越小，所以負(fù)載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。）
（3）OPEN-DRAIN提供了靈活的輸出方式，但是也有其弱點(diǎn)，就是帶來上升沿的延時(shí)。因?yàn)樯仙厥峭ㄟ^外接上拉無源電阻對負(fù)載充電，所以當(dāng)電阻選擇小時(shí)延時(shí)就小，但功耗大；反之延時(shí)大功耗小。所以如果對延時(shí)有要求，則建議用下降沿輸出。
（4）可以將多個(gè)開漏輸出的Pin，連接到一條線上。通過一只上拉電阻，在不增加任何器件的情況下，形成“與邏輯”關(guān)系。這也是I2C，SMBus等總線判斷總線占用狀態(tài)的原理。

3.推挽：推挽電路是兩個(gè)參數(shù)相同的三極管或MOSFET（PMOS，NMOS，此處可以參考CMOS和TTL的區(qū)別那篇）,以推挽方式存在于電路中,各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù),電路工作時(shí)，兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有一個(gè)導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小、效率高。輸出既可以向負(fù)載灌電流，也可以從負(fù)載抽取電流。推拉式輸出級既提高電路的負(fù)載能力，又提高開關(guān)速度。

4.上拉輸入/下拉輸入/模擬輸入：這幾個(gè)概念很好理解，從字面便能輕易讀懂。

5.復(fù)用開漏輸出、復(fù)用推挽輸出：可以理解為GPIO口被用作第二功能時(shí)的配置情況（即并非作為通用IO口使用）

最后總結(jié)一下使用情況：（有待驗(yàn)證和總結(jié)）
（1）浮空輸入_IN_FLOATING——浮空輸入，可以做KEY識別，RX1。也適合作為ADC輸入，因?yàn)楦蓴_比較少。
（2）帶上拉輸入_IPU——IO內(nèi)部上拉電阻輸入
（3）帶下拉輸入_IPD——IO內(nèi)部下拉電阻輸入
（4）模擬輸入_AIN——應(yīng)用ADC模擬輸入，或者低功耗下省電
（5）開漏輸出_OUT_OD——IO輸出0接GND，IO輸出1，懸空，需要外接上拉電阻，才能實(shí)現(xiàn)輸出高電平。當(dāng)輸出為1時(shí)，IO口的狀態(tài)由上拉電阻拉高電平，但由于是開漏輸出模式，這樣IO口也就可以由外部電路改變?yōu)榈碗娖交虿蛔?。也可以讀IO輸入電平變化
（6）推挽輸出_OUT_PP——IO輸出0-接GND，IO輸出1-接VCC，讀輸入值是未知的，適合直接連接數(shù)字型元件
（7）復(fù)用功能的推挽輸出_AF_PP——片內(nèi)外設(shè)功能（TX1,主模式下的MOSI,SCK,SS，以及從模式的MISO）
（8）復(fù)用功能的開漏輸出_AF_OD——片內(nèi)外設(shè)功能（I2C的SCL,SDA）

STM32設(shè)置實(shí)例：
（1）模擬I2C使用開漏輸出_OUT_OD，接上拉電阻，能夠正確輸出0和1；讀值時(shí)先GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0)；拉高，然后可以讀IO的值；使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0)；
（2）如果是無上拉電阻，IO默認(rèn)是高電平；需要讀取IO的值，可以使用帶上拉輸入_IPU和浮空輸入_IN_FLOATING和開漏輸出_OUT_OD；

幾個(gè)相關(guān)的小問題：

1.復(fù)用功能的具體解釋：

復(fù)用功能（復(fù)用功能到f4系列時(shí)就沒有了）：為了使不同器件封裝的外設(shè)I/O功能的數(shù)量達(dá)到最優(yōu)，可以把一些復(fù)用功能重新映射到其他一些腳上。這可以通過軟件配置相應(yīng)的寄存器來完成(參考AFIO寄存器描述)。這時(shí)，復(fù)用功能就不再映射到它們的原始引腳上了。比如說你使用USART1，你可以直接設(shè)置寄存器的值來配置PA9和PA10。但是如果PA9和PA10被占用了，你就要使用復(fù)用功能重映射到PB6和PB7，然后設(shè)置寄存器的值來配置PB6和PB7。
像復(fù)用推挽等這些配置是特殊功能時(shí)候用的。
比如TIM2/3/4/5_CHx輸出比較通道xIO口要設(shè)置成推挽復(fù)用輸出

2.什么是“線與”：

在一個(gè)結(jié)點(diǎn)（線）上，連接一個(gè)上拉電阻到電源VCC或VDD和n個(gè)NPN或NMOS晶體管的集電極C或漏極D，這些晶體管的發(fā)射極E或源極S都接到地線上（此處請自行腦補(bǔ)三極管BJT或場效應(yīng)管FET的電路圖），在這個(gè)電路中，只要有一個(gè)晶體管飽和,這個(gè)結(jié)點(diǎn)(線)就被拉到地線電平上。因?yàn)檫@些晶體管的基極注入電流(NPN)或柵極加上高電平(NMOS),晶體管就會飽和,所以這些基極或柵極對這個(gè)結(jié)點(diǎn)(線)的關(guān)系是或非NOR邏輯。如果這個(gè)結(jié)點(diǎn)后面加一個(gè)反相器,就是或OR邏輯。
其實(shí)可以簡單的理解為：在所有引腳連在一起時(shí)，外接一上拉電阻，如果有一個(gè)引腳輸出為邏輯0，相當(dāng)于接地，與之并聯(lián)的回路“相當(dāng)于被一根導(dǎo)線短路”，所以外電路邏輯電平便為0，只有都為高電平時(shí)，與的結(jié)果才為邏輯1，因此為“線與”。

3.推挽輸出和開漏輸出都可以輸出高電位和低電位，差別是什么呢？

推拉式輸出級既提高電路的負(fù)載能力，又提高開關(guān)速度。
開漏輸出適合于做電流型的驅(qū)動,其吸收電流的能力相對強(qiáng)(一般20ma以內(nèi))。

參考資料：

http://www.openedv.com/thread-21980-1-1.html

這里的電路圖指的是正點(diǎn)原子的GPIO基本知識一節(jié)ppt中的電路圖