不到2000字,轻松带你搞懂STM32中GPIO的8种工作模式

大家好,我是知微

学习过单片机的小伙伴对GPIO肯定不陌生,GPIO (general purpose input output)是通用输入输出端口的简称,通俗来讲就是单片机上的引脚。

在STM32中,GPIO的工作模式被细分为8种,对于初学者来讲,要理解它们可太难了!

诶诶诶,给个机会,先别急着退出哈!

这不是有我在呢,跟着这篇文章学习,保证你几分钟时间就能轻松掌握这8种工作模式。

那么,好戏开始咯!

输入输出

首先,我们先要知道一个概念,GPIO的输入输出都是相对于MCU(单片机)来说的。

  • MCU给引脚信号,称之为输出
  • MCU接收引脚给过来的信号,则叫做输入。

知道这个之后,我们就可以进行下一步了,先从输出说起。

四种输出模式

1、 推挽输出

我第一次听到推挽这个词的时候,一脸懵逼,啥玩意儿啊!其实看英文反而好理解,push-pull,也就是推拉的意思。

这个叫做推

这个叫做挽

  • 推挽输出模式下,GPIO可以输出高电平,也可以输出低电平。
  • 当输出高电平时,P-MOS导通,电流按下图箭头所示流出去,称之为,把电流推出去。
  • 当输出低电平时,N-MOS导通,电流按下图箭头所示流进来,称之为,把电流挽回来。

应用场景:适用于通用的数字输出场景,如点亮LED灯

2、开漏输出

这又是一个不好理解的词,开漏,是不是什么东西开了,然后漏出来了?

其实不是这样的,是开路的意思。开路表示电路中存在一个断链,电流无法从一个点流到另一个点。

那么肯定有小伙伴会有疑问,开路和断路有啥区别?

这里简单说明一下:

  • 开路表示电路中不存在电流流动;

  • 断路表示电路中某一部分不通过电流流动,但是电路中仍然存在其他电流流动的路径

好了,话题不扯远了,继续说开漏中的漏。

我们知道,MOS管的三个极分别是栅极(G)、源极(S)和漏极(D)。这里的就是MOS三个极中的漏极。

  • 开漏输出模式下,GPIO可以输出低电平,也可以输出高阻态。在此模式下,P-MOS始终处于关断状态
  • 当输出控制器将P-MOS关断、N-MOS导通时,此时输出接VSS,输出低电平
  • 当输出控制器将P-MOS关断、N-MOS关断时,相当于什么都没接,此时输出浮空,相对于其它点的电阻无穷大,呈现高阻态,可以理解为开路

应用场景:适用于多个设备共享同一信号线,如I2C通信协议

3、复用推挽输出

  • 和推挽输出同理,只不过此时的输出控制器由片上外设控制

应用场景:允许GPIO引脚用于微控制器的特定功能,如SPI、I2C、USART等接口,同时保持推挽输出的特性

4、复用开漏输出

  • 和开漏输出同理,只不过此时的输出控制器由片上外设控制

应用场景:适用于复用功能接口,且需要多设备共享通讯总线(如I2C)的场景

四种输入模式

1、上拉输入

你可以把输入驱动器框中,跟VDD和VSS连接的电阻,想象成两个弹簧。

当VDD的开关闭合时,上拉电阻接通VDD,此时弹簧向上拉。

可以读取I/O引脚状态,默认为高电平。

应用场景:常用于矩阵键盘或按钮输入

2、下拉输入

当VSS的开关闭合时,下拉电阻接通VSS,此时弹簧向下拉。

可以读取I/O引脚状态,默认为低电平。

应用场景:如按钮开关连接到地时的检测

3、浮空输入

当VDD和VSS的开关都断开时,此时弹簧既不向上拉,也不向下拉,处于一种悬空的状态。

浮空输入状态下,读取该端口的电平是不确定的。

应用场景:常用于接收来自开关、键盘或其他数字接口的信号

4、模拟输入

从图示可以看到,之前的3种模式,输入的信号都经过了TTL施密特触发器,把缓慢变化的模拟信号转换成阶段变化的数字信号。而这种模式,信号没有经过施密特触发器,直接接到片上外设。

相较于其他输入模式只能读取到逻辑高/低电平(数字量),该模式能读取到细微变化的值(模拟量)。

通俗来讲就是,别的模式只能读取0和1,而模拟输入可以读取到0-1的变化区间。

主要应用:读取来自传感器(如温度传感器、电位计)的模拟信号

好了,STM32的8种GPIO端口模式的介绍到这里就结束了,看完之后是不是对这些概念清晰多了。

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