GPIO输入输出模式原理(八种工作方式附电路图详解)

这几篇博文讲的不错，可参照着理解：
STM32下拉输入模式与振动传感器的使用

“上拉电阻与下拉电阻”通俗解读

上、下拉电阻（定义、强弱上拉、常见作用、吸电流、拉电流、灌电流）

个人总结：

  • 模拟量选浮空输入，模拟量是连续变化的值
  • 数字量就两种状态0和1，选上拉和下拉，通过“拉高拉低”增益效果，消除中间态“”模糊电压“，同时赋予电路确定的初始值高或低。

更多干货推荐可以去牛客网看看，他们现在的IT题库内容很丰富，属于国内做的很好的了，而且是课程+刷题+面经+求职+讨论区分享，一站式求职学习网站，最最最重要的里面的资源全部免费！！！点击进入--------------》跳转接口
在这里插入图片描述

更多干货推荐可以去牛客网看看，他们现在的IT题库内容很丰富，属于国内做的很好的了，而且是课程+刷题+面经+求职+讨论区分享，一站式求职学习网站，最最最重要的里面的资源全部免费！！！点击进入--------------》跳转接口
在这里插入图片描述

目录

  • STM32引脚说明
  • GPIO种类
  • GPIO基本结构
  • GPIO输入输出的8种模式
      • 上拉输入模式
      • 下拉输入模式
      • 浮空输入模式
      • 模拟输入模式
      • 开漏输出模式
      • 开漏复用输出模式
      • 推挽输出模式
      • 推挽复用输出模式
  • 模式用途
    • 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
  • 总结与分析
      • 1、什么是推挽结构和推挽电路
      • 2、开漏输出和推挽输出的区别
      • 3、在STM32中选用怎样选择I/O模式

STM32F1xx官方资料：
《STM32中文参考手册V10》-第8章通用和复用功能IO(GPIO和AFIO )
芯片数据手册（datasheet)

STM32引脚说明

GPIO是通用输入/输出端口的简称，是STM32可控制的引脚。GPIO的引脚与外部硬件设备连接，可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。

STM32的大部分引脚除了当GPIO使用之外，还可以复用位外设功能引脚（比如串口），这部分在【STM32】STM32端口复用和重映射（AFIO辅助功能时钟） 中有详细的介绍。

GPIO种类

本博板子STM32F103ZET6共有7组IO口，每组16个，共16×7=112个，分别为：
GPIOA——>PA0、PA1、PA2…PA15
GPIOB——>PB0、PB1、PB2…PB15
.
.
.
GPIOG——>PG0、PG1、PG2、…PG15

GPIO基本结构

每个GPIO内部都有这样的一个电路结构，这个结构在本文下面会具体介绍。

这边的电路图稍微提一下：

  • 保护二极管：IO引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。当引脚电压高于VDD时，上方的二极管导通；当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。但是尽管如此，还是不能直接外接大功率器件，须加大功率及隔离电路驱动，防止烧坏芯片或者外接器件无法正常工作。
  • P-MOS管和N-MOS管：由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。这里的电路会在下面很详细地分析到。
  • TTL肖特基触发器：信号经过触发器后，模拟信号转化为0和1的数字信号。但是，当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时，用其“模拟输入”功能，此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。ADC外设要采集到的原始的模拟信号。

这里需要注意的是，在查看《STM32中文参考手册V10》中的GPIO的表格时，会看到有“FT”一列，这代表着这个GPIO口时兼容3.3V和5V的；如果没有标注“FT”，就代表着不兼容5V。

GPIO输入输出的8种模式

GPIO支持4种输入模式（浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入）和4种输出模式（开漏输出、开漏复用输出、推挽输出、推挽复用输出）。同时，GPIO还支持三种最大翻转速度（2MHz、10MHz、50MHz）。

每个I/O口可以自由编程，但I/O口寄存器必须按32位字被访问。

程序中标识模式
GPIO_Mode_AIN模拟输入
GPIO_Mode_IN_FLOATING浮空输入
GPIO_Mode_IPD下拉输入
GPIO_Mode_IPU上拉输入
GPIO_Mode_Out_OD开漏输出
GPIO_Mode_Out_PP推挽输出
GPIO_Mode_AF_OD复用开漏输出
GPIO_Mode_AF_PP复用推挽输出

下面将具体介绍GPIO的这八种工作方式：

上拉输入模式

在这里插入图片描述

默认情况下输入引脚数据为1，高电平。

上拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平保持在高电平（自己理解：上拉电阻连接电压）；并且在I/O端口输入为低电平的时候，输入端的电平也是低电平（自己理解：上拉电阻上的电压和端口导通）。

施密特触发器：施密特就是为了防止在某一个临界电平的情况出现各种情况的抖动出现，为了稳定我们的输出而设计的。
施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阈值电压。

下拉输入模式

默认情况下输入引脚为0，低电平。

下拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平保持在低电平；并且在I/O端口输入为高电平的时候，输入端的电平也是高电平。

浮空输入模式

浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，I/O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（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

通常用于IIC、USART。

模拟输入模式

模拟输入模式下，I/O端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块，比如ADC模块等。模拟信号一般：3.3v 5v 9v。

开漏输出模式

在这里插入图片描述
可以输出0和1，适用于电平不匹配场合，要得到高电平需要上拉电阻才行。

开漏输出模式下（上拉电阻+N-MOS管），通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经N-MOS管，最终输出到I/O端口。这里要注意N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就不会由输出的高低电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定；当设置输出的值为低电平的时候，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就是低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，I/O端口的电平不一定是输出的电平。

开漏复用输出模式

开漏复用输出模式，与开漏输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。

片内外设功能：TX1，MOSI，MISO，SCK，SS

推挽输出模式

在这里插入图片描述

可以输出高低电平0和1，适用于双向IO使用。

推挽输出模式下（P-MOS管+N-MOS管），通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经P-MOS管和N-MOS管，最终输出到I/O端口。这里要注意P-MOS管和N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，P-MOS管处于开启状态，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就由P-MOS管决定：高电平；当设置输出的值为低电平的时候，P-MOS管处于关闭状态，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就由N-MOS管决定：低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，此时I/O端口的电平一定是输出的电平。

推挽复用输出模式

推挽复用输出模式，与推挽输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。

片内外设功能IIC的SCL、SDL

模式用途

1、 GPIO_Mode_AIN ：模拟输入

一般用于ADC模拟输入

2、GPIO_Mode_IN_FLOATING ：浮空输入

可用于按键KEY实验、发送接收信号RX、TX、IIC、USART等，不过这些实验可以不用浮空输入，如KEY用到上拉和下拉

3、GPIO_Mode_IPD：下拉输入

4、GPIO_Mode_IPU：上拉输入

IO内部上拉电阻、下拉电组输入，使情况而定，比如刚刚说的key按键实验，原理图如下：
在这里插入图片描述
可以看到KEY_UP按下后，IO口应该是3V3电平输入，未按下时为悬空状态，而悬空状态IO输入是未知的，所以为了防止程序跑飞，采用下拉输入，在悬空状态下，使IO输入下拉到低电平。这样，在悬空状态下，IO检测到的是低电平，不会去执行key_up按下后的程序。

KEY0~2按下后，IO口是低电平输入。按下时为悬空状态，而悬空状态IO输入是未知的，所以为了防止程序跑飞，采用上拉输入，在悬空状态下，使IO输入上拉到高电平。这样，在悬空状态下，IO检测到的是高电平，不会去执行KEY0 ~2按下后的程序。

5、GPIO_Mode_Out_OD：开漏输出

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。该模式适用于电平不匹配场合、适合做电流型的驱动，吸收电流能力比较强。

6、GPIO_Mode_Out_PP：推挽输出

可以输出高、低电平。导通损耗小、效率高。既提高电路的负载能力，又提高开关速度。广泛各种实验，比如接下来要总结的LED。

7、GPIO_Mode_AF_OD：复用开漏输出

当GPIO为复用IO时的开漏输出模式，一般用于外设功能，如TX1

8、GPIO_Mode_AF_PP：复用推挽输出

当GPIO为复用IO时的推挽输出模式，一般用于外设功能，如I2C

总结与分析

1、什么是推挽结构和推挽电路

推挽结构一般是指两个参数相同的三极管或MOS管分别受两互补信号的控制，总是在一个三极管或MOS管导通的时候另一个截止。高低电平由输出电平决定。

推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET，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。

2、开漏输出和推挽输出的区别

在这里插入图片描述

  • 开漏输出：只可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极。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)；
  • 推挽输出:可以输出强高、低电平，连接数字器件。

关于推挽输出和开漏输出，最后用一幅最简单的图形来概括：

该图中左边的便是推挽输出模式，其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止，而上面NPN三极管导通，输出电平VS+；当比较器输出低电平时则恰恰相反，PNP三极管导通，输出和地相连，为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式，需要接上拉。

3、在STM32中选用怎样选择I/O模式

  • 浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入，可以做KEY识别，RX1
  • 带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入
  • 带下拉输入_IPD—— IO内部下拉电阻输入
  • 模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电
  • 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。可以读IO输入电平变化，实现C51的IO双向功能
  • 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
  • 复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能（I2C的SCL、SDA）
  • 复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（TX1、MOSI、MISO.SCK.SS）

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.mzph.cn/news/265612.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com，一经查实，立即删除！

相关文章

webpack打包后引用cdn的js_利用CDN加速react webpack打包后的文件详解

webpack打包后引用cdn的js_利用CDN加速react webpack打包后的文件详解

此文不介绍webpack基本配置，如果对基本配置有疑问请查阅官方文档。1、配置webpack.config.js将output.publicPath改成上传到的cdn地址, 例(对应上面上传配置)：publicPath: "https://your_base_cdn_url" process.env.NODE_ENV "/cdn/&qu…
阅读更多...
STM32F103构建固件库模板(PS固件库文件树介绍)

STM32F103构建固件库模板(PS固件库文件树介绍)

参考：STM32F103ZE新建固件库模板 作者：追兮兮 发布时间：2020-10-14 10:31:45 网址：https://blog.csdn.net/weixin_44234294/article/details/109065495 参考博文：https://blog.csdn.net/visual_eagle/article/details/…
阅读更多...
java ee 中文乱码的问题

java ee 中文乱码的问题

java ee 中文乱码的问题发生中文乱码的三种情况(一) 表单formPost 方法直接在服务器中设置request.setCharacterEncoding("utf-8");get方法 自己转码,下面是方法.public class HuanMa{public static String getUTF8(String str){String s"";try {s new St…
阅读更多...
深度相机 物体三维重建_基于深度相机进行室内完整场景三维重建的方法及系统_2017100513665_说明书_专利查询_专利网_钻瓜专利网...

深度相机 物体三维重建_基于深度相机进行室内完整场景三维重建的方法及系统_2017100513665_说明书_专利查询_专利网_钻瓜专利网...

S121：采用Kintinuous框架，进行视觉里程计估计，得到每帧深度图像下的相机位姿信息。S122：根据相机位姿信息，将由每帧深度图像对应的点云数据反投影到初始坐标系下，用投影后得到的深度图像与初始帧的深度图像…
阅读更多...
STM32F103实现点灯(固件库方式)

STM32F103实现点灯(固件库方式)

参考：stm32上实现点灯 作者：SKY丶丿平才 发布时间： 2021-03-20 16:51:06 网址：https://blog.csdn.net/weixin_48264057/article/details/115028724 目录前言一、硬件设计二、软件设计1.建立工程2.代码编写三、实际验证1.烧写程序2…
阅读更多...
strtus2.3 java.lang.NoSuchFieldException: DEFAULT_PARAM

strtus2.3 java.lang.NoSuchFieldException: DEFAULT_PARAM

strtus2.3.15.1 的bug请下载 http://download.csdn.net/detail/livalue/6229373 或加群到群共享中下载.214579879
阅读更多...
STM32震动感应控制继电器(使用循环VS使用外部中断EXTI和中断控制器NVIC)

STM32震动感应控制继电器(使用循环VS使用外部中断EXTI和中断控制器NVIC)

参考：stm32的外部中断 震动感应 控制 继电器 作者：点灯小哥 发布时间： 2021-03-05 22:37:01 网址：https://blog.csdn.net/weixin_46016743/article/details/114417161 参考：STM32震动感应灯 作者：一只小阿大…
阅读更多...
mysql 查找课程最高分_mysql 查询 学生id最高分的科目和日期

mysql 查找课程最高分_mysql 查询 学生id最高分的科目和日期

mysql>select*fromstudent;------------------------------|id|subject|mark|date|------------------------------|24|语文|56|2004-11||32|数学|74|2006-5||24|政治|100|2...mysql> select * from student;------------------------------| id | subject | mark | date…
阅读更多...
我的lisp启程

我的lisp启程

Lisp语言仰慕已久，尤其是其作为人工智能的编程语言，感觉明显比其他语言高端不少，加之同班的同学也要自学lisp，就下定决心趁着在校的时候将lisp掌握。大一的时候接触python，觉得python语言特别难学，因为从来…
阅读更多...
结构体与共用体（联合体）

结构体与共用体（联合体）

参考：结构体与共用体 作者：一只青木呀 发布时间： 2020-08-09 08:29:22 网址：https://blog.csdn.net/weixin_45309916/article/details/107889394 参考：联合体（union）的使用方法及其本质 作者&am…
阅读更多...
mysql 5.6.10 32_安装mysql-5.6.10-win32 解压版-略有修改

mysql 5.6.10 32_安装mysql-5.6.10-win32 解压版-略有修改

1.复制mysql-5.6.10-win32.zip到D:\app目录下.2.解压mysql-5.6.10-win32.zip3.在D:\app\mysql-5.6.10-win32下，复制“my-default.ini”文件，生成“复件 my-default.ini”文件。将“复件 my-default.ini”文件重命名成“my.ini” 。(注意：如果…
阅读更多...
培养自信，笑赢未来

培养自信，笑赢未来

注：本文是儿子幼儿园小班第一个月中，老师要求每个学生家长都要交的命题作文。要求基于当前典型的421家庭中，如何培养孩子的自信心成文。为此，我作为家长第一次向老师提交了这篇作文。自信心对一个人的健康成长至关重要&#xff0c…
阅读更多...
mysql中当前时间九点_MySQL 获得当前日期时间(以及时间的转换)

mysql中当前时间九点_MySQL 获得当前日期时间(以及时间的转换)

1.1 获得当前日期时间(date time)函数：now()除了 now() 函数能获得当前的日期时间外，MySQL 中还有下面的函数：current_timestamp() current_timestamplocaltime() localtimelocaltimestamp() localtimestamp这些日期时间函数，都等…
阅读更多...
STM32串口原理、结构体、库函数、串口发送字符(串)、重定向printf串口发送、串口中断接收控制灯、接收不定长数据

STM32串口原理、结构体、库函数、串口发送字符(串)、重定向printf串口发送、串口中断接收控制灯、接收不定长数据

参考：串口的结构体 重定向printf串口发送stm32等博文 作者：点灯小哥 发布时间： 2021-03-06 21:46:33 网址：https://blog.csdn.net/weixin_46016743/article/details/114458698 目录串口相关知识定义通信概念1.通讯结构2.电平标准3…
阅读更多...
mysql kvdb_从MYSQL到KVDB

mysql kvdb_从MYSQL到KVDB

2016年4月10日 星期日 阴，雾霾惊悉新浪SAE又多收费了，凡是用Mysql的应用，每天至少要交22448颗云豆的租金。新浪为什么经常干这种事呢？用户会不会怀疑哪天又开始另找名目多收云豆？这跟食堂打菜员给人打菜一样&#xff0…
阅读更多...
STM32通用定时器(原理、结构体、库函数、定时器中断每秒闪烁一次灯) —— 时钟源、分频值、重装载值

STM32通用定时器(原理、结构体、库函数、定时器中断每秒闪烁一次灯) —— 时钟源、分频值、重装载值

参考：stm32定时器与定时器中断 作者：打酱油的 发布时间： 2021-04-11 01:04:09 网址：https://blog.csdn.net/weixin_46098612/article/details/115493737 参考：stm32通用定时器结构体函数定时器实现led闪烁 作者&#x…
阅读更多...
关于错误error C4430 error C2365 error C2078 error C2440 error C2143的处理。

关于错误error C4430 error C2365 error C2078 error C2440 error C2143的处理。

关于错误error C4430 error C2365 error C2078 error C2440 error C2143的处理。 楼主在公司接手了一段代码。编译的时候发现一个很奇怪的问题，就是获取最新代码的时候能编译通过，然后下次就编译不通过了，提示如下错误。 后来发现问题出在std…
阅读更多...
返回json数据

返回json数据

拦截器的配置，导致只能返回boolean类型的数据，那么要让前端知道在哪里被拦截了，拦截了什么，这就要用到json数据，返回相应的数据,package com.sysh.web.interceptor;/** * Created by sjy Cotter on 2018/7/24. */impor…
阅读更多...
STM32端口复用和端口重映射

STM32端口复用和端口重映射

参考：stm32 端口复用和重映射 作者：点灯小哥 发布时间： 2021-03-09 13:49:19 网址：https://blog.csdn.net/weixin_46016743/article/details/114581032 目录端口复用1.什么是端口复用2. 如何配置端口复用(以PA9、PA10串口为例)端口…
阅读更多...
Scala学习：Curry化的函数

Scala学习：Curry化的函数

2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> 在第1章，我们说过Scala允许你创建新的“感觉像是原生语言支持”的控制抽象。尽管到目前你已经看到的例子都的确是控制抽象，不过任何人都不会 误以为它们是原生语言支持的。为了搞明白如何让控制抽…
阅读更多...
最新文章

Copyright @ 2022~2023