GPIO的八种工作模式（非原创）

前言
GPIO 是通用输入输出端口(General Purpose Input Output)的简称，可以通过把GPIO引脚与外部设备连接起来，从而实现与外部通讯、控制以及数据采集的功能。
最基本的输出功能是控制引脚输出高、低电平，实现开关控制等
最基本的输入功能是检测外部输入电平等。
其中有八种输入输出模式，下面将会对八种模式逐一解释。

一、输入模式
在输入模式下，施密特触发器打开，输出模式被禁用，此时可通过输入数据寄存器读取I/O 状态。其中输入模式又可细分为上拉输入、下拉输入、浮空输入和模拟输入四种模式。

小知识
(1) TTL肖特基触发器（施密特触发器）
作用：用于稳定电平，防止高低电平来回波动
工作原理：施密特触发器会设置两条参考电压，高参考电压和低参考电压。
当高于高参考电压时，输出高电平；低于低参考电压时，输出低电平；位于两条参考电压之间时，保持之前的电平状态。
(2) 保护二极管
作用：防止过大的电压进入单片机内部，造成损坏
工作原理：输入时，IO引脚输入的电压如果大于3.3V，则连接VDD的二极管导通；IO引脚输入的电压如果小于0V，则连接VSS的二极管导通，只有当IO引脚输入的电压在0到3.3V之间的时候，才会进入内部电路，这样防止过大的电压进入单片机内部，造成损坏

1.上拉输入
VDD侧的开关闭合，内部上拉电阻导通，使其GPIO的默认状态为高电平。
应用场景：需要默认高电平的场合，如按键检测。

2.下拉输入
VSS侧的开关闭合，内部下拉电阻导通，使其GPIO的默认状态为低电平。
应用场景：需要默认低电平的场合，如检测低电平信号的变化。

3.浮空输入
VSS和VDD侧的开关都断开，此时GPIO的电平状态不确定，由外设决定。
应用场景：常用于按键检测，接收高低电平信号。

4.模拟输入
引脚直接接入片上外设，如用于ADC采集，不需要施密特触发器整形
应用场景：用于检测外部的模拟电压，如温度、压力传感器的输出。

二、输出模式
在输出模式下，推挽模式时双MOS 管以轮流方式工作，输出数据寄存器可控制I/O输出高低电平。开漏模式时，只有N-MOS 管工作，输出数据寄存器可控制I/O 输出高阻态或低电平。

1.推挽输出
通过输出驱动器控制P-MOS和N-MOS开关来输出高低电平的。
推挽输出英文为Push-Pull mode，可以理解为对电流进行推拉操作
当P-MOS闭合，N-MOS断开时，输出高电平，此时可理解为将电流推出去
当P-MOS断开，N-MOS闭合时，输出低电平，此时可理解为将电流拉（挽）进来
该模式下具有驱动能力，可以通过单片机内部电压驱动外设
应用场景：高速切换和高负载能力的场合，如驱动LED指示灯、继电器。

2.开漏输出
只有N-MOS工作，P-MOS一直处于断开状态。通过控制N-MOS的开合来控制电路。
该模式下无驱动能力，需要外部电压驱动外设
应用场景：需要外部上拉电阻定义高电平的场合，如I2C通信。

3. 两种模式区别
   

三、复用模式
在复用功能模式下，输出使能，输出速度可配置，可工作在开漏及推挽模式，但是输出信号源于其它外设，输出数据寄存器无效；输入可用，通过输入数据寄存器可获取I/O 实际状态，但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号。

1.复用推挽输出
GPIO输出控制的来源来自片上外设，如串口模块，PWM波等，其原理和普通的推挽输出一样。

2.复用开漏输出
GPIO输出控制的来源来自片上外设，如I2C模块等，其原理和普通的开漏输出一样。

四、代码实现

/* 定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体 */
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

/* 开启相关的GPIO外设时钟 */
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();

/* 选择要控制的GPIO引脚/
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;
/ 设置引脚模式为通用推挽输出/
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
/ 指定引脚的上下拉配置 /
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
/ 设置引脚速率 /
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
/ 初始化GPIOC*/
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

/*配置GPIO的输出电平状态 */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);

摘自 只争朝夕的奈斯