目錄
1、基本結構
2、4種輸入模式
3、4種輸出模式
4、GPIO選型和配置
STM32 GPIO是通用輸入/輸出端口的英文簡稱，其可實作輸入、輸出、驅動、通信等功能，STM32的I/O 端口有8種模式（4種輸入模式和4種輸出模式），每個 I/O 端口位支援3種最大翻轉速度（2MHz、10MHz、50MHz），均可自由程式設計，但I/O 端口寄存器必須按 32 位字、半字（16位）或位元組（8位）進行通路，具體模式如下所示：
浮空輸入
上拉輸入
下拉輸入
模拟輸入
開漏輸出
推挽輸出
複用功能推挽輸出
複用功能開漏輸出
以STM32L011為例（其他STM32處理器大同小異），GPIO基本結構如下所示：
關鍵器件解析：
1、保護二極管：防止I/O引腳外部過高、過低的電壓輸入，當引腳電壓高于VDDIOx時，上方的二極管導通；當引腳電壓低于VSS時，下方的二極管導通，防止不正常電壓引入晶片導緻晶片燒毀。
2、開關：開關為TTL肖特基觸發器，将模拟信号轉化為0和1的數字信号，但當GPIO作為ADC采集電壓通道時，此時信号不再經過觸發器進行TTL電平轉換。
3、P-MOS、N-MOS：單元電路使得GPIO具有“推挽輸出”和“開漏輸出”的功能。
STM32具有浮空輸入、上拉輸入、下拉輸入和模拟輸入4種輸入模式。
浮空輸入模式，I/O端口的電平信号由外部輸入決定，電平狀态不确定，最終直接進入輸入資料寄存器。浮空輸入通常用于配置USART的RX引腳，如下圖所示：
上拉輸入模式，I/O端口懸空（在無信号輸入）的情況下，電平狀态保持在高電平，當輸入低電平時，電平狀态是低電平，最終直接進入輸入資料寄存器，如下圖所示：
下拉輸入模式，I/O端口懸空（在無信号輸入）的情況下，電平狀态保持在低電平，當輸入高電平時，電平狀态是高電平，最終直接進入輸入資料寄存器，如下圖所示：
模拟輸入模式，I/O端口的模拟信号（電壓信号，而非電平信号）直接模拟輸入到片上外設子產品，比如ADC子產品等。模拟輸入通常應用于ADC模拟輸入，或者低功耗下省電等情景，如下圖所示：
STM32有開漏輸出、推挽輸出、複用功能開漏輸出和複用功能推挽輸出4種輸出模式（本文STM32L011的上、下拉電阻為公共區域，是以輸出模式具有上拉或下拉功能）。
開漏輸出模式，通過配置置位/複位寄存器或者輸出資料寄存器的值，途經N-MOS管，最終輸出到I/O端口。開漏輸出隻可以輸出強低電平，高電平得靠外部電阻拉高，輸出端相當于三極管的集電極，适合于做電流型的驅動，其吸收電流的能力相對強(一般20ma以内)，如下圖所示：
需要注意N-MOS管的特性，當設定輸出的電平狀态為高電平時，N-MOS管處于關閉狀态，此時I/O端口的電平就不會由輸出的高低電平決定，而是由I/O端口内部或者外部的上拉或者下拉決定；當設定輸出的電平狀态為低電平時，N-MOS管處于開啟狀态，此時I/O端口的電平就是低電平。
推挽輸出模式，通過配置置位/複位寄存器或者輸出資料寄存器的值，P-MOS管和N-MOS管，最終輸出到I/O端口。推挽輸出可以輸出強高、低電平，連接配接數字器件，如下圖所示：
需要注意P-MOS管和N-MOS管的特性，當設定輸出的電平狀态為高電平時，P-MOS管處于開啟狀态，N-MOS管處于關閉狀态，此時I/O端口的電平就由P-MOS管決定：高電平；當設定輸出的電平狀态為低電平時，P-MOS管處于關閉狀态，N-MOS管處于開啟狀态，此時I/O端口的電平就由N-MOS管決定：低電平。
複用功能開漏輸出模式、複用功能推挽輸出模式的原理和開漏輸出模式、推挽輸出模式原理基本一緻，隻不過輸出的高低電平，不是由MCU配置置位/複位寄存器或者輸出資料寄存器的值，而是利用片上外設子產品的複用功能輸出來決定的（通信接口（SPI，UART，I 2 C，USB，CAN，LCD等）、定時器、調試接口等複用）。複用功能開漏輸出通常用于TX1、MOSI、MISO等引腳的配置，複用功能推挽輸出通常用于I2C的SCL、SDA。以複用功能推挽輸出模式為例，實作原理如下圖所示：
如何選擇适合其應用開發的GPIO模式和配置呢？請參考下圖所示。