一、GPIO简介

1.GPIO（General Purpose Input/Output）通用输入输出

2.可配置为8种输入输出模式

3.引脚电平：0V~3.3V，部分引脚可容忍5V

部分引脚输入可为5V但输出只能是3.3V

4.输出模式下可控制端口输出高低电平，用以驱动LED、控制蜂鸣器、模拟通信协议输出时序等

5.输入模式下可读取端口的高低电平或电压，用于读取按键输入、外接模块电平信号输入、ADC电压采集、模拟通信协议接收数据等

二、GPIO基本结构

GPIO（General Purpose Input/Output，通用输入输出）是微控制器与外部电路交互的基础接口。其基本结构通常包括以下几个部分：

• 保护二极管：防止因外部电压过高或过低而对微控制器造成损害。
• 上拉和下拉电阻：提供引脚的稳定状态，上拉电阻将引脚拉向高电平，下拉电阻将引脚拉向低电平。
• P-MOS管和N-MOS管：用于驱动引脚的电平。
• 数据寄存器：包括输入数据寄存器和输出数据寄存器，分别用于存储引脚的输入和输出数据。
• 复用功能：某些GPIO口可以被配置为特定的外设功能，如串行通信接口等。

三、GPIO位结构 

GPIO位结构是构成通用输入输出接口的基本单元，它决定了引脚的功能和行为。以下是一些关于GPIO位结构的详细解释：

• 保护二极管：用于防止因外部电压过高或过低而对微控制器造成损害。一个连接到VDD（供电电压），另一个连接到VSS（接地电压）。
• 上拉和下拉电阻：提供引脚的稳定状态，上拉电阻将引脚拉向高电平，下拉电阻将引脚拉向低电平。
• 施密特触发器：用于提高信号的稳定性，确保输入信号在边缘处清晰无噪声。
• 输入数据寄存器：保存当前引脚的状态，无论是作为输入还是输出。
• 位设置/清除寄存器：允许单独设置或清除每个位的状态，从而提供了灵活控制单个引脚的能力。
• 输出数据寄存器：存储即将输出到对应引脚的数据。
• P-MOS和N-MOS：分别连接VDD和VSS的金属氧化物半导体场效应晶体管，用于驱动引脚的电平。
• 数据选择器：决定是将输入数据还是输出数据发送到引脚。

四、GPIO模式 

GPIO（General Purpose Input/Output）是微控制器中用于与外部设备通信的通用输入输出端口。其模式主要可以分为以下几种：

• 浮空输入模式：这种模式下，GPIO端口不会给引脚提供上拉或下拉电阻，引脚的状态完全由外部电路决定。
• 带上拉输入模式：在带上拉输入模式下，GPIO端口会通过一个上拉电阻连接到电源，使得引脚在没有外部信号输入时保持高电平状态。
• 带下拉输入模式：与带上拉输入模式相反，带下拉输入模式通过下拉电阻将引脚连接到地，使得引脚在无外部信号输入时保持低电平状态。
• 模拟输入模式：此模式下，GPIO端口被配置为模拟信号输入，通常用于读取模拟电压值。
• 开漏输出模式：在开漏输出模式下，GPIO端口通过一个NMOS晶体管连接到地，当引脚需要输出低电平时，NMOS导通；而当需要输出高电平时，NMOS关闭，引脚悬空，需要外部上拉电阻来提供高电平。
• 推挽输出模式：推挽输出模式下，GPIO端口通过一个PMOS和一个NMOS晶体管分别连接到电源和地，可以直接输出高电平和低电平，不需要外部电阻。
• 复用功能推挽输出：除了作为通用IO口外，还可以作为特定外设功能的推挽输出，如串行通信接口等。
• 复用功能开漏输出：与复用功能推挽输出类似，但是以开漏形式输出，需要外部上拉电阻来完成高电平的输出。