GPIO的基础知识
- [STM32H7 的GPIO基本配置](#STM32H7 的GPIO基本配置)
- 不使用的引脚设置为模拟模式
- IO补偿单元
- 注入电流大小和特性
- [GPIO 的8种模式](#GPIO 的8种模式)
- GPIO拉灌电流负载能力
- GPIO兼容CMOS和TTL
首先对于GPIO我们需要注意以下几点
- 对于不使用的引脚，推荐设置为模拟模式，悬空即可。
- GPIO的速度等级高的时候，最好使能IO补偿单元
- GPIO还涉及到了注入电流的最大值问题。
- GPIO8种模式要弄清楚。
- GPIO的拉电流负载和灌电流负载能力要了解
- GPIO兼容CMOS和TTL电平
STM32H7 的GPIO基本配置
◆ 输出状态：开漏/推挽 + 上拉/下拉电阻。
◆ 通过输出数据寄存器**（GPIOx_ODR）或者外设 （GPIO 设置为复用模式时）输出数据。
◆ GPIO 速度等级设置。
◆ 输入状态：浮空，上拉/下拉，模拟。
◆ 通过输入数据寄存器 （GPIOx_IDR）或者外设 （GPIO 设置为复用模式）**输入数据。
◆ 通过寄存器 GPIOx_BSRR 实现对寄存器 GPIOx_ODR 的位操作。
◆ 通过配置寄存器 GPIOx_LCKR 的锁机制，实现冻结 IO 口配置。
◆ 每两个时钟周期就可以翻转一次 IO。
◆ 高度灵活的引脚复用功能，允许 IO 引脚既可以做 GPIO也可以做功能复用。
不使用的引脚设置为模拟模式
主要从功耗和防干扰考虑。
◆ 所有用作带上拉电阻输入的 I/O 都会在引脚外部保持为低时产生电流消耗。此电流消耗的值可通过使
用的静态特性中给出的上拉 / 下拉电阻值简单算出。
◆ 对于输出引脚，还必须考虑任何外部下拉电阻或外部负载以估计电流消耗。
◆ 若外部施加了中间电平，则额外的 I/O 电流消耗是因为配置为输入的 I/O。此电流消耗是由用于区
分输入值的输入施密特触发器电路导致。除非应用需要此特定配置，否则可通过将这些 I/O 配置为模
拟模式以避免此供电电流消耗。 ADC 输入引脚应配置为模拟输入就是这种情况。
◆ 任何浮空的输入引脚都可能由于外部电磁噪声，成为中间电平或意外切换。为防止浮空引脚相关的电
流消耗，它们必须配置为模拟模式，或内部强制为确定的数字值。这可通过使用上拉 / 下拉电阻或
将引脚配置为输出模式做到。
这里也有一个低功耗的例子必须把所有IO设置成模拟模式才能够达到官方文档里面给出的功耗：
低功耗项目链接
IO补偿单元
IO 补偿单元用于控制 I/O 通信压摆率（tfall / trise）以此来降低 I/O 噪声。当前 STM32H7 的速度等
级可以配置为以下四种：
c
#define GPIO_SPEED_FREQ_LOW ((uint32_t)0x00000000U) /*!< Low speed */
#define GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM ((uint32_t)0x00000001U) /*!< Medium speed */
#define GPIO_SPEED_FREQ_HIGH ((uint32_t)0x00000002U) /*!< Fast speed */
#define GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH ((uint32_t)0x00000003U) /*!< High speed */关闭补偿单元
开启补偿单元
注入电流大小和特性
GPIO 的8种模式
◆ 输入浮空
◆ 输入上拉
◆ 输入下拉
◆ 模拟功能
◆ 具有上拉或下拉功能的开漏输出
◆ 具有上拉或下拉功能的推挽输出
◆ 具有上拉或下拉功能的复用功能推挽
◆ 具有上拉或下拉功能的复用功能开漏
由于上拉和下拉是可选配置，对应的 HAL 库配置使用下面 6 种就可以表示：
◆ GPIO_MODE_INPUT 输入模式
◆ GPIO_MODE_OUTPUT_PP 推挽输出
◆ GPIO_MODE_OUTPUT_OD 开漏输出
◆ GPIO_MODE_AF_PP 复用推挽
◆ GPIO_MODE_AF_OD 复用开漏
◆ GPIO_MODE_ANALOG 模拟模式
四种输入模式
通过上面的引脚结构图可以得到如下三种方式
◆ 浮空输入：CPU 内部的上拉电阻、下拉电阻均断开的输入模式。
◆ 下拉输入：CPU 内部的下拉电阻使能、上拉电阻断开的输入模式。
◆ 上拉输入：CPU 内部的上拉电阻使能、下拉电阻断开的输入模式。
而模拟输入模式是 GPIO 引脚连接内部 ADC。
两种输出模式
推挽输出
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。 电路工作时，两只对称
的开关管每次只有一个导通，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。
推拉式输出级提高电路的负载能力。 相对于开漏输出模式，推挽输出最大优势是输出高电平时，上升时
间快，电压驱动能力强。
开漏输出
开漏端相当于 MOS 管的漏极（三极管的集电极），要得到高电平状态必须外接上拉电阻才行，因此
输出高电平的驱动能力完全由外接上拉电阻决定，但是其输出低电平的驱动能力很强。开漏形式的电路有
以下几个特点：
- 输出高电平时利用外部电路的驱动能力，减少 IC 内部的驱动。
- 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。上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的速度。阻值越大，速度越
低，功耗越小。 - 开漏输出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，即"线与"。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。
复用推挽和开漏
复用指的是 GPIO 切换到 CPU 内部设备（比如 SPI,I2C,UART 等电路），也就是 GPIO 不是作为普通
IO 使用，是由内部设备直接驱动。推挽和开漏的特征同上。
GPIO拉灌电流负载能力
GPIO兼容CMOS和TTL
注：本片文章大多参考武汉安富莱电子有限公司STM32_V7开发板文档和https://www.armbbs.cn/硬汉嵌入式论坛，个人只是做了整合和部分修改，作为个人学习分享。