1. GPIO简介

•GPIO是通用输入输出口（俗称IO口）

•可配置为8种输入输出模式

•引脚电平：0V~3.3V（数据0是0V，数据1是3.3V），部分引脚可容忍5V.

•输出模式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（I2C SPI）等

•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.

2. GPIO整体结构

在每个GPIO模块中，主要包含了寄存器和驱动器。

2.1 寄存器

寄存器是一段特殊的存储器，内核可以通过APB2总线对寄存器进行读写，为此完成输出电平和读取电平的功能。

寄存器的每一位对应一个引脚，其中输出寄存器写1，对应的引脚就会输出高电平，写0，就输出低电平。输入寄存器为1，说明对应的端口目前是高电平，读取为0，就是低电平。

但因为STM32是32位的单片机，所以STM32内部的寄存器都是32位，但只有16个端口，所以寄存器只有低16位对应的有端口，高16位并没有使用。

2.2 驱动器

驱动器是：增加信号的驱动能力。

3. GPIO每一位具体结构

3.1 GPIO位结构电路图

3.2 GPIO三种输出模式

• 推挽输出：P-MOS和N-MOS均有效。数据寄存器为1时，上管导通，下管断开，输出直接接到VDD，输出高电平。数据寄存器为0时，上管断开，下管导通，输出直接接到VSS，输出为低电平。这种模式下，高低电平均有较强的驱动能力，所以推挽输出模式也可称为强推输出模式。

• 开漏输出模式，P-MOS是无效的，只有N-MOS在工作。数据寄存器为1时，下管断开，这时输出相当于断开，即为高阻模式。数据寄存器为0时，下管导通，输出直接接到VSS，输出低电平，这种模式下只有低电平有驱动能力，高电平没有驱动能力，在多机通信的情况下，这个模式可以避免各个设备的相互干扰，还可以输出5V的电平信号。（可作为通信协议的驱动方式，比如I2C通信的引脚即为开漏模式）

• 关闭状态：当引脚配置为输入模式的时候，两个MOS管均无效，输出关闭，端口的电平由外部信号来控制。

4. GPIO 8种工作模式

通过配置GPIO的端口配置寄存器，端口可以配置成以下8种模式

4.1 浮空/上拉/下拉输入配置

在输入模式下，输出驱动器时断开的，端口只能输入而不能输出。输入模式种，开关可以选择上拉工作、下拉工作、都不工作，分别对应上拉输入、下拉输入和浮空输入。输入通过施密特触发器进行波形整形后，连接到输入数据寄存器。

4.2 模拟输入结构

模拟输入中，输出是断开的，输入的施密特触发器也是关闭的无效状态，所以只剩下最上边线路有用，也就是从引脚直接接入片上外设，也就是ADC。所以我们可以将引脚配置为模拟输入时，就可以使用ADC。

4.3 开漏输出和推挽输出

输出是由输出数据寄存器控制，如果P-MOS无效，即为开漏输出，如果P-MOS和N-MOS都有效，就是推挽输出。并且在输入模式下，输出模式也是有效的。

4.4 复用开漏输出和复用推挽输出

类似于普通的开漏输出和推挽输出，只不过是复用的输出，引脚电平是由片上外设控制。

引脚的控制权转移到了片上外设，由片上外设来控制，在输入部分，片上外设也可以读取引脚的电平，同时普通的输入也是有效的，顺便接收一下电平信号。

5. STM32外部设备和电路

•LED：发光二极管，正向通电点亮，反向通电不亮

•有源蜂鸣器：内部自带振荡源，将正负极接上直流电压即可持续发声，频率固定

•无源蜂鸣器：内部不带振荡源，需要控制器提供振荡脉冲才可发声，调整提供振荡脉冲的频率，可发出不同频率的声音

5.1 LED发光二极管

左边正极，右边负极。

5.2 有源蜂鸣器

三极管开关进行驱动，在VCC和GND分别接上正负极供电，中间引脚接低电平，蜂鸣器就会响，接高电平，蜂鸣器就关闭。

5.3 LED和蜂鸣器的硬件电路

GPIO在推挽输出模式下，高电平均有较强的驱动能力，但在单片机里，一般采用高电平弱驱动，低电平强驱动的规则。

完