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1.GPIO是什么？

字面意思就是通用输入输出，是一个MCU内部，用来做输入输出的控制器电路;

2.GPIO初步理解

本质就是输入输出高低电平（模拟信号），达到获取外设信息，控制外设的⽬的。

“通⽤”，意思就是⼀个东西被发明出来，就是未来给“⼤家”⽤的。这里的大家指的是MCU内部的其他片上外设，我们把其他片上外设使用GPIO这个来输出高低电平或者模拟信号这样一种工作就叫复用GPIO。

3.GPIO 引脚与IO

MCU 上⾯的引脚，通常会外接各种外设，⽐如：LED灯、按键，蜂鸣器， EEROM 等,⽽未来MCU 内部会有对应的输⼊输出寄存器，向对应的寄存器写或者读取对应的寄 存器，就可以从引脚中输出⾼低电平，或者获取引脚⾼低电平。

输⼊(Input)：⽐如外接“按钮”， MCU 主要通过感知外部世界的状态变化，⽐如：按键是否被按 下？某个信号是⾼电平还是低电平？来获取外部信息。
按键不摁下，针脚接⼊ VDD ，GPIO 就会获取到⾼电平
当按键摁下，针脚接⼊ GND/VSS ，GPIO 就会获取到低电平

输出(Output)：⽐如外接发光⼆极管(LED)。 鸣器响？控制继电器通断？）
GPIO 输出低电平， VDD 反向导通，⼩灯泡点亮
GPIO 输出⾼电平，⼩灯泡左右电压⼀致，没有定压差，就没有电流，⼩灯泡熄灭

注意：
GPIO 不⼀定输出⾼电平，就会“有效”，⽐如输出⾼电平，⽆法点亮⼩灯泡⼀样。

MCU 芯⽚上的这些GPIO 管脚⼜是怎么和外围器件产⽣关联的呢？
MCU 上⾯的引脚，通常会外接各种外设，⽐如：LED灯、按键，蜂鸣器， EEROM 等 MCU 内部会有对应的输⼊输出寄存器，向对应的寄存器写或者读取对应的寄 存器，就可以从引脚中输出⾼低电平，或者获取引脚⾼低电平。

pin：就是引脚的意思；
port：端口的意思，在计算机科学中引申为“数据交换的 ⼊⼝或出⼝”，现代微控制器（如 STM32 ）继承了这⼀概念，将⼀组GPIO 引脚称为“GPIO PORT ”（如GPIOA 、 GPIOB ），因为它们本质上是芯⽚与外部世界的“数据交换接⼝”。

GPIO Pin一个硬件电路的位置

上I下O

4.GPIO工作模式

GPIO 主要是负责 MCU 的输⼊和输出，即 I/O 问题，⽽ GPIO 输⼊和输出，会存在很多的⼯作模 式。
输出：
通⽤推挽输出
通⽤开漏输出
复⽤推挽输出
复⽤开漏输出

输入：
浮空输⼊
上拉输⼊
下拉输⼊
模拟输⼊

GPIO 不仅仅给ARM-CPU 直接做输⼊输出，也会被其他⽚上外设使⽤，换句话说， GPIO 是"⼤家的"，满足不同片上外设在不同场景下的IO需求，所以有八种工作模式。

通⽤与复⽤是什么意思？

所谓通⽤，就是通常使⽤，指的是由ARM-CPU 直接控制 GPIO 输出
所谓复⽤，复⽤的意思就重复使⽤，指的就是MCU 内部的⽚上外设，复⽤GPIO进⾏输⼊输出

简化成：

输出角度：GPIO输出电路中，包含输出数据寄存器，未来被arm-cpu进行写入的，从而实现控制pin输出高低电平的目的。
复用器：多组输入信号中，选择一个作为有效输入；GPIO到底是被ARM-CPU直接使⽤，还是被其他⽚上外设使⽤，达到复⽤效果，就由它说了算

P-MOS：从S到D
N-MOS：从D到S

P-MOS和N-MOS本质就是一个开关，通过小电压，通过控制开关的手段，达到控制大电流的目的。

GPIO 输出电路图中，上⽅是 P-MOS ,下⽅是 N-MOS
两者 D 极相接，P-MOS S 极接 VDD(3.3V) ,N-MOS S 极接地(GND ,当成 0V 就可以)

再次简化

通⽤推挽输出(Push-PullOutput)：

交替闭合或者开启 P-MOS 和 N-MOS 即可；
输出数据寄存器写1，闭合 P-MOS ，断开 N-MOS ，输出⾼电平
输出数据寄存器写0，断开 P-MOS ，闭合 N-MOS ，输出低电平
推挽模式：输出寄存器上的 0 激活 N-MOS， 而输出寄存器上的 1 将激活 P-MOS 。

使⽤⼀对互补的晶体管（通常是 CMOS ⼯艺的 P-MOS 和 N-MOS 管）来输出⾼电平 （提供电流，“推”）或 输出低电平（吸收/拉取电流，“挽”）。

本质是交替闭合断开， P-MOS 和 N-MOS 开关，让外部引脚接⼊ VDD 或者接地，进 ⽽对外呈现出⾼电压和低电压，然后因为电路通路，形成有输出电流(推)和吸收(挽)电 流的效果

推挽模式下，向输出寄存器写 输出电压，打开指定 1/0 的本质：是让输出控制器选择 P-MOS ，还是 N-MOS ，进⽽ MOS 管.

通⽤开漏输出(Open-DrainOutput)

去掉 P-MOS ，让 P-MOS 永远都关闭，只使用N-MOS

在开漏模式下， MCU 针对特定引脚的输出，都是该引脚对应的 N-MOS 的漏极输出

向输出数据寄存器写 1 ，最终表⽰的是 N-MOS 断开
向输出数据寄存器写 0 ，表⽰ N-MOS 管闭合

输出数据寄存器写0， N-MOS 闭合，输低电平
输出数据寄存器写1， N-MOS 断开，输出⾼阻抗
所谓⾼阻抗，只是⼀种说法，真实情况其实是MCU和外部针脚彻底断开，相当于开路了，或 者 N-MOS D 漏极和外部引脚互相悬空了
对于针脚⽽⾔，如果内部 MCU 断开了和外部引脚的连接，可以把 MCU 认为成为⼀个阻值⽆穷⼤的设备，我们把这种情况，叫做输出⾼阻抗

开漏模式，输出只能输出低电平和⾼阻抗，⽆法输出⾼电平

开漏输出：
开漏输出全称叫做漏极开路输出；
没有了 P-MOS ，那么 N-MOS 的D 漏极 ，就相当于什么都没有接！所以叫做漏极开路，简称开漏
不要把引脚当做设备，引脚当做 D 漏极线的延伸；
推挽输出下，P-MOS 和 N-MOS 互为彼此D漏极接⼊的设备，不属于开漏

因此可以知道：开漏输出电路有输出低电平和开路（⾼阻）2个状态。那如何才能输出 ⾼电平呢？

通过上拉电阻将 I/O ⼝接通到上拉的电压。因为 拉的电压，必须是开发板设计者，在 MCU 内部电路已经设计好，所以往往这个所谓的上 MCU 外部，根据⾃⼰的需求设计的。

注意：
单⽚机内部，不是只有 MCU 内部有 VDD 供电，其他MCU 外部的设备，或者 MCU 内部的其他设备，也可能会有⾃⼰的供电源提供⾼电压。比如：你家(单⽚机)⾥有很多家⽤电器(外设控制器和外设)，不⽌电视要供电，冰箱洗⾐机也要的

那么，在开漏模式下，要输出⾼电平，就必须在引脚位置设置上拉电阻，来提供⾼电压了。
新增上拉电阻之后：
输出数据寄存器写 0 ， N-MOS 闭合，输低电平，图略
输出数据寄存器写 1 ， N-MOS 断开，输出⾼阻抗，外部引脚在外部上拉电阻的影响(或者上拉) 下，输出⾼电平

开漏输出⾼阻抗之后，引脚就是⾼电平：
⼀个电路回路中，电压会被各个元器件承接，电阻值越⾼，承压越⾼