最近有個(gè)朋友在設(shè)計(jì)低功耗設(shè)備，用的是STM32的主控，他知道我做過(guò)很多類(lèi)似的超低功耗項(xiàng)目，于是向我咨詢了一些問(wèn)題，其中就包括I/O口的幾種工作模式。今天我就詳細(xì)的來(lái)總結(jié)一下這幾種工作模式，讓大家在以后的設(shè)計(jì)中知其然也知其所以然。

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先說(shuō)說(shuō)GPIO

在聊這8種工作模式之前，我想先說(shuō)一下GPIO的概念—通用輸入輸出 General Purpose Input Output 簡(jiǎn)稱(chēng)GPIO，就是芯片引腳可以通過(guò)它們輸出高、低電平，也可以通過(guò)他們輸入、讀取引腳的電壓、電平狀態(tài)。

下面的8種工作模式我將圍繞下圖進(jìn)行分析介紹，讀懂這一張圖大家基本就可以完全理解STM32的GPIO了。希望大家仔細(xì)的看一看。

四種不同的輸出模式

推挽輸出：該模式下引腳可以輸出高低電平，可連接、驅(qū)動(dòng)數(shù)字器件。對(duì)于推挽有部分小伙伴可能不知道是啥意思，其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是兩個(gè)參數(shù)相同的NPN、PNP三極管或者NMOS、PMOS管以推挽方式存在于電路中，各負(fù)責(zé)正負(fù)半周波形放大的任務(wù)。兩只對(duì)稱(chēng)管每次只有一個(gè)導(dǎo)通，損耗小效率高，既可以提高電路的帶負(fù)載能力，又可以提高開(kāi)關(guān)速度。電路如下圖所示，大家可以到IO內(nèi)部圖里面對(duì)比著找一找。

開(kāi)漏輸出：該模式下引腳就相當(dāng)于連接到了上圖NMOS的漏極，PMOS關(guān)閉去掉不存在。這時(shí)該引腳只能輸出低電平，不能輸出高電平，需要引腳加上拉電阻，才能得到高電平。這時(shí)一定有小伙伴疑惑，這東西沒(méi)有推挽輸出好用啊，錯(cuò)!開(kāi)漏輸出是有一些特別的優(yōu)點(diǎn)的，比如：1、可用于連接與主控電平不匹配的器件，只需要將上拉電阻的上拉端連接到對(duì)方電平即可;2、以小博大，利用外部電路的驅(qū)動(dòng)能力，減小內(nèi)部電流，內(nèi)部只需要很小的柵極驅(qū)動(dòng)電流。缺點(diǎn)就是會(huì)有上升沿的延時(shí)，因?yàn)橛猩侠娮璧脑颍@一點(diǎn)大家可以去閱讀一下我的上一篇關(guān)于電平匹配的文章，里面有介紹。

復(fù)用推挽輸出、復(fù)用開(kāi)漏輸出：顧名思義該模式下就是將引腳復(fù)用為其他功能，不再是簡(jiǎn)單的GPIO。像我們常用的UART、SPI等的輸出引腳就是復(fù)用的推挽輸出，而我們常用的I2C就是復(fù)用的開(kāi)漏輸出，這時(shí)大家就應(yīng)該知道為什么我們?cè)谟肐2C的時(shí)候需要上拉電阻了吧。這里給大家埋個(gè)伏筆——用I2C時(shí)為什么要開(kāi)漏呢?知道的小伙伴可以在留言區(qū)回復(fù)，后面有機(jī)會(huì)分析I2C時(shí)我會(huì)詳細(xì)和大家來(lái)說(shuō)。

四種不同的輸入模式

浮空輸入：這種輸入模式一般多用于檢測(cè)外部高低電平狀態(tài)，比如按鍵等。大家結(jié)合下面的IO內(nèi)部圖來(lái)看，浮空輸入時(shí)上下拉電阻都沒(méi)有連接，引腳電平狀態(tài)不確定，如果引腳懸空時(shí)這種模式下讀出來(lái)的數(shù)據(jù)是沒(méi)意義的。

上拉、下拉輸入：基本看名字大家就已經(jīng)知道這種模式是怎么回事了，上圖中如果上面紅圈電阻接入就是上拉輸入，下面紅圈電阻接入就是下拉輸入。上一段我說(shuō)過(guò)按鍵輸入檢測(cè)用浮空輸入模式，如果用上拉、下拉模式就更簡(jiǎn)單了，就可以省掉外部的上下拉電阻節(jié)約項(xiàng)目成本。

模擬輸入：這個(gè)模式也是我們非常常用的了，那就是引腳設(shè)置為STM32內(nèi)部ADC的模擬信號(hào)輸入。值得注意的是這種模式就不是所有的IO都有的功能了，需要帶ADC的IO口才可以設(shè)置。

補(bǔ)充說(shuō)明些東西

關(guān)于IO引腳內(nèi)部的兩個(gè)保護(hù)二極管，很久以前看到有人說(shuō)是用來(lái)鉗位的，后來(lái)我在參加ST的研討會(huì)時(shí)問(wèn)過(guò)官方，官方答復(fù)說(shuō)并不是用于鉗位的而是用于做ESD保護(hù)的。當(dāng)引腳作為ADC輸入的時(shí)候我們必須保證輸入模擬信號(hào)不超過(guò)3.6V，5V是不可以的。

上面說(shuō)了芯片引腳內(nèi)部有二極管保護(hù)，但是我建議大家在做設(shè)計(jì)時(shí)如果引腳引出板外最好格外再加TVS二極管來(lái)做加強(qiáng)保護(hù)，因?yàn)橐_連出板外很容易受靜電等外界因素傷害。比如下載接口，我在空間充足的時(shí)候都會(huì)放上一個(gè)SOT-23的TVS二極管來(lái)做保護(hù)。

總結(jié)

到這里大家會(huì)發(fā)現(xiàn)我今天所講的都是硬件層面的，而非軟件層面上的具體設(shè)置。其實(shí)如果大家從硬件層面搞懂這幾種模式，軟件上就簡(jiǎn)單了，按照datasheet上面的說(shuō)明進(jìn)行配置就可以了。

最后來(lái)說(shuō)一下近況，臨近年底工作上比較忙，之前說(shuō)的幾個(gè)項(xiàng)目都跳票了，實(shí)在抱歉。但是大家不要擔(dān)心，忙過(guò)這會(huì)我會(huì)騰出更多時(shí)間投身于開(kāi)源項(xiàng)目，2020年我給自己制定的目標(biāo)之一就是做更多的開(kāi)源項(xiàng)目與大家分享。