视频选集（5/50）[3-1] GPIO输出
参考2
1. GPIO简介
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GPIO（General Purpose Input Output）：通用输入输出口
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引脚电平：0V~3.3V，部分引脚可容忍5V
容忍5V的意思是，在输入模式下，该引脚上若施加5V的电压，也被认为是高电平；但在输出模式下，最大只能输出3.3V，因为供电只有3.3V
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输出模式下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等
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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
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GPIO框图：
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寄存器：一段特殊的存储器
每个GPIO共有16个端口，但STM32的寄存器为32位。所以读写寄存器只有低16位有对应的端口，高16位保留
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驱动器：用来增加信号的驱动能力
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2. GPIO的8种工作模式
| 模式名称 | 性质 | 特征 |
|---|---|---|
| 浮空输入 | 数字输入 | 可读取引脚电平，若引脚悬空，则电平不确定 |
| 上拉输入IPU | 数字输入 | 可读取引脚电平，内部连接上拉电阻，悬空时默认高电平 |
| 下拉输入IPD | 数字输入 | 可读取引脚电平，内部连接下拉电阻，悬空时默认低电平 |
| 模拟输入 | 模拟输入 | GPIO无效，引脚直接接入内部ADC |
| 开漏输出 | 数字输出 | 可输出引脚电平，高电平为高阻态，低电平接VSS |
| 推挽输出 | 数字输出 | 可输出引脚电平，高电平接VDD，低电平接VSS |
| 复用开漏输出 | 数字输出 | 由片上外设控制，高电平为高阻态，低电平接VSS |
| 复用推挽输出 | 数字输出 | 由片上外设控制，高电平接VDD，低电平接VSS |
3. GPIO位结构
更好理解以下电路需要一些模电的知识
3.1 保护二极管
由于芯片内部电路所能承受的电压有限，因而从I/O引脚向里是两个保护二极管，当有静电等瞬间电压波动进入I/O引脚时：
注意此结构仅能抵御瞬间电压波动，若较长时间将较高的电压接入I/O口依旧会损坏芯片
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电压大于VDD 3.3V/5V：上方的保护二极管导通，将电压引入电源，由电源网络吸收
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电压小于VSS 0V：下方保护二极管导通，将电压引入GND中吸收
3.2 驱动器
3.2.1 输出驱动器
推挽输出：由来自芯片内部的电压驱动器件
开漏输出：本身无驱动能力，需要依靠外部的电压源来进行驱动
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推挽输出：P-MOS和N-MOS协同工作
假设此时IO口接了一个工作电压为3.3V的小灯，再接地：
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控制IO口输出高电平：此时P-MOS激活、N-MOS关闭，VDD与I/O引脚连通
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控制IO口输出低电平：此时P-MOS关闭、N-MOS激活，VSS与I/O引脚连通
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开漏输出；只有N-MOS工作
假设此时IO口接了一个工作电压为5V的小灯，再接地（注意需要使用能够容忍5V的引脚）：
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控制IO口输出高电平：N-MOS断开，整个I/O口内部处于高阻态，并不对外输出特定的电平信号（小灯不会亮起）
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控制IO口输出低电平：N-MOS激活，VSS与I/O引脚连通
点亮小灯，需要将GND改为来自外部的5V：
- 此时若输出低电平，即可形成电压差，产生电流
- 输出高电平，即断开N-MOS，断路状态，小灯不会亮起
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3.2.2 输入驱动器
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上拉输入：启用上拉电阻
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下拉输入：启用下拉电阻
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浮空输入：上下拉电阻都不启用（与开漏输出类似，依赖外部电路）
TTL肖特基触发器/施密特触发器
- 作用：稳定电平
- 外部输入的电压可能不太稳定，并不总能达到标准的0V或3.3V，因此可以规定一个参考电压，高于此电压的就算做高电平、低于此电压的就算做低电平。但如果外部电压噪声较多，导致高低电平在参考线附近快速变化，则无法准确测得当前电平 。因此确定两个参考电压，高于高参考电压为高电平，低于低参考电压为低电平，在两者之间，则维持原本的电平信号不变
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模拟输入：读取输入电平的具体数值（模拟信号），主要用于ADC。因此在经过施密特触发器处理前就触发该分支，将电压引入模拟输入相关的片上外设
数字输入：上拉/下拉/浮空输入都仅读取高低电平（数字信号）
数字输入的不同分支可以同时读取经过施密特触发器处理过的数值；只有“模拟输入”模式会关闭数字的输入功能
