STM32的八种I/O口的用法

STM32的八种I/O口的用法：

（1）GPIO_Mode_AIN模拟输入
（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING浮空输入
（3）GPIO_Mode_IPD下拉输入
（4）GPIO_Mode_IPU上拉输入
（5）GPIO_Mode_Out_OD开漏输出
（6）GPIO_Mode_Out_PP推挽输出
（7）GPIO_Mode_AF_OD复用开漏输出
（8）GPIO_Mode_AF_PP复用推挽输出
简单理解：

1.浮空,顾名思义就是浮在空中,上面用绳子一拉就上去了,下面用绳子一拉就沉下去了。浮空输入状态下，IO的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定，如果在该引脚悬空的情况下，读取该端口的电平是不确定的。如果你外部上拉电阻，就是1；下拉电阻，就是0。浮空一般多用于按键，还有就是一些特殊功能。

2.开漏,就等于输出口接了个NPN三极管,并且只接了e（基）和b（集电），c（发射）极是开路的,你可以接一个电阻到3.3V,也可以接一个电阻到5V,这样,在输出1的时候,就可以是5V电压,也可以是3.3V电压了.但是不接电阻上拉的时候,这个输出高就不能实现了。

3.推挽,就是有推有拉,任何时候IO口的电平都是确定的,不需要外接上拉或者下拉电阻。

按照原理理解：
1.浮空：由于浮空输入一般多用于外部按键输入，结合图上的输入部分电路，我理解为浮空输入状态下，IO的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定，如果在该引脚悬空的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

2.开漏输出:输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行。适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20mA以内)。

开漏形式的电路有以下几个特点：
（1）利用外部电路的驱动能力，减少IC（integratedcircuit，集成电路）内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时，驱动电流是从外部的VCC流经Rpull-up，MOSFET到GND。IC内部仅需很小的栅极驱动电流。
（2）一般来说，开漏是用来连接不同电平的器件，匹配电平用的，因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时，只能输出低电平，如果需要同时具备输出高电平的功能，则需要接上拉电阻，很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压，便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。（上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度。阻值越大，速度越低功耗越小，所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。）
（3）OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式，但是也有其弱点，就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电，所以当电阻选择小时延时就小，但功耗大；反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求，则建议用下降沿输出。
（4）可以将多个开漏输出的Pin，连接到一条线上。通过一只上拉电阻，在不增加任何器件的情况下，形成“与逻辑”关系。这也是I2C，SMBus等总线判断总线占用状态的原理。

3.推挽：推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET（PMOS，NMOS，此处可以参考CMOS和TTL的区别那篇）,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

4.上拉输入/下拉输入/模拟输入：这几个概念很好理解，从字面便能轻易读懂。

5.复用开漏输出、复用推挽输出：可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用IO口使用）

最后总结一下使用情况：（有待验证和总结）
（1）浮空输入_IN_FLOATING——浮空输入，可以做KEY识别，RX1。也适合作为ADC输入，因为干扰比较少。
（2）带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入
（3）带下拉输入_IPD——IO内部下拉电阻输入
（4）模拟输入_AIN——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电
（5）开漏输出_OUT_OD——IO输出0接GND，IO输出1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。当输出为1时，IO口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。也可以读IO输入电平变化
（6）推挽输出_OUT_PP——IO输出0-接GND，IO输出1-接VCC，读输入值是未知的，适合直接连接数字型元件
（7）复用功能的推挽输出_AF_PP——片内外设功能（TX1,主模式下的MOSI,SCK,SS，以及从模式的MISO）
（8）复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（I2C的SCL,SDA）

STM32设置实例：
（1）模拟I2C使用开漏输出_OUT_OD，接上拉电阻，能够正确输出0和1；读值时先GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0)；拉高，然后可以读IO的值；使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0)；
（2）如果是无上拉电阻，IO默认是高电平；需要读取IO的值，可以使用带上拉输入_IPU和浮空输入_IN_FLOATING和开漏输出_OUT_OD；

几个相关的小问题：

1.复用功能的具体解释：

复用功能（复用功能到f4系列时就没有了）：为了使不同器件封装的外设I/O功能的数量达到最优，可以把一些复用功能重新映射到其他一些脚上。这可以通过软件配置相应的寄存器来完成(参考AFIO寄存器描述)。这时，复用功能就不再映射到它们的原始引脚上了。比如说你使用USART1，你可以直接设置寄存器的值来配置PA9和PA10。但是如果PA9和PA10被占用了，你就要使用复用功能重映射到PB6和PB7，然后设置寄存器的值来配置PB6和PB7。
像复用推挽等这些配置是特殊功能时候用的。
比如TIM2/3/4/5_CHx输出比较通道xIO口要设置成推挽复用输出

2.什么是“线与”：

在一个结点（线）上，连接一个上拉电阻到电源VCC或VDD和n个NPN或NMOS晶体管的集电极C或漏极D，这些晶体管的发射极E或源极S都接到地线上（此处请自行脑补三极管BJT或场效应管FET的电路图），在这个电路中，只要有一个晶体管饱和,这个结点(线)就被拉到地线电平上。因为这些晶体管的基极注入电流(NPN)或栅极加上高电平(NMOS),晶体管就会饱和,所以这些基极或栅极对这个结点(线)的关系是或非NOR逻辑。如果这个结点后面加一个反相器,就是或OR逻辑。
其实可以简单的理解为：在所有引脚连在一起时，外接一上拉电阻，如果有一个引脚输出为逻辑0，相当于接地，与之并联的回路“相当于被一根导线短路”，所以外电路逻辑电平便为0，只有都为高电平时，与的结果才为逻辑1，因此为“线与”。

3.推挽输出和开漏输出都可以输出高电位和低电位，差别是什么呢？

推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。
开漏输出适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)。

参考资料：

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

这里的电路图指的是正点原子的GPIO基本知识一节ppt中的电路图