STM32 的 8 种 GPIO 输入输出模式深入详解

输入模式

输入浮空（GPIO_Mode_IN_FLOATING）
输入上拉 (GPIO_Mode_IPU)
输入下拉 (GPIO_Mode_IPD)
模拟输入 (GPIO_Mode_AIN)

输入浮空：浮空就是逻辑器件与引脚即不接高电平，也不接低电平。由于逻辑器件的内部结构，当它输入引脚悬空时，相当于该引脚接了高电平。一般实际运用时，引脚不建议悬空，易受干扰。通俗讲就是浮空就是浮在空中，就相当于此端口在默认情况下什么都不接，呈高阻态，这种设置在数据传输时用的比较多。浮空最大的特点就是电压的不确定性，它可能是 0V，也可能是 VCC，还可能是介于两者之间的某个值（最有可能）。 浮空一般用来做 ADC 输入用，这样可以减少上下拉电阻对结果的影响。

输入上拉模式：上拉就是把点位拉高，比如拉到 Vcc。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平。电阻同时起到限流的作用。弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分

输入下拉：就是把电压拉低，拉到 GND。与上拉原理相似

模拟输入：模拟输入是指传统方式的输入，数字输入是输入 PCM 数字信号，即 0,1 的二进制数字信号，通过数模转换，转换成模拟信号，经前级放大进入功率放大器，功率放大器还是模拟的。

输出模式

开漏输出 (GPIO_Mode_Out_OD)
开漏复用功能 (GPIO_Mode_AF_OD)
推挽式输出 (GPIO_Mode_Out_PP)
推挽式复用功能 (GPIO_Mode_AF_PP)

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：

利用外部电路的驱动能力，减少 IC 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 R pull-up ，MOSFET 到 GND。IC 内部仅需很下的栅极驱动电流。
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。(上拉电阻的阻决定了逻辑电平转换的沿的速度。阻越大，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。)
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。
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。补充: 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, 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。

开漏复用功能：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）。端口必须配置成复用功能输出模式（推挽或开漏）

推挽式输出：可以输出高，低电平，连接数字器件; 推挽结构一般是指两个三级管分别受到互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由 IC 的电源低定。

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方法任务，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。输出即可以向负载灌电流。推拉式输出级即提高电路的负载能力，又提高开关速度

推挽式复用功能：可以理解为 GPIO 口被用作第二功能时的配置情况（并非作为通用 IO 口使用）

在 STM32 中选用 IO 模式

(1) 浮空输入_IN_FLOATING – 浮空输入，可以做 KEY 识别，RX1

(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。可以读 IO 输入电平变化，实现 C51 的 IO 双向功能

(6) 推挽输出_OUT_PP –IO 输出 0 - 接 GND， IO 输出 1 - 接 VCC，读输入是未知的

(7) 复用功能的推挽输出_AF_PP – 片内外设功能 (I2C 的 SCL,SDA)

(8) 复用功能的开漏输出_AF_OD– 片内外设功能 (TX1,MOSI,MISO.SCK.SS)