目錄

1. GPIO概述

2.保護二極管及上、下拉電阻

3. P-MOS管和N-MOS管

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1. GPIO概述

GPIO是通用輸入輸出端口（General-purpose I/O）的簡稱。芯片的GPIO引腳與外部設備連接起來，從而實現與外部通信、控制、及數據采集等功能。下圖為GPIO的結構框圖

2.保護二極管及上、下拉電阻

引腳的兩個保護二級管可以防止引腳外部過高或過低的電壓輸入，當引腳電壓高于VDD_FT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芯片導致芯片燒毀。盡管有這樣的保護，并不意味著STM32的引腳能直接外接大功率驅動器件，如直接驅動電機，強制驅動要么電機不轉，要么導致芯片燒壞，必須要加大功率及隔離電路驅動。具體電壓、電流范圍可查閱《STM32F4xx規格書》。

上拉、下拉電阻，從它的結構我們可以看出，通過上、下拉對應的開關配置，我們可以控制引腳默認狀態的電壓，開啟上拉的時候引腳電壓為高電平，開啟下拉的時候引腳電壓為低電平，這樣可以消除引腳不定狀態的影響。如引腳外部沒有外接器件，或者外部的器件不干擾該引腳電壓時，STM32的引腳都會有這個默認狀態。

設置“既不上拉也不下拉模式”，我們也把這種狀態稱為浮空模式，配置成這個模式時，直接用電壓表測量其引腳電壓為1點幾伏，這是個不確定值。所以一般來說我們都會選擇給引腳設置“上拉模式”或“下拉模式”使它有默認狀態。
STM32的內部上拉是“弱上拉”，即通過此上拉輸出的電流是很弱的，如要求大電流還是需要外部上拉。

3. P-MOS管和N-MOS管

GPIO引腳線路經過上、下拉電阻結構后，向上流向“輸入模式”結構，向下流向“輸出模式”結構。先看輸出模式部分，線路經過一個由P-MOS和N-MOS管組成的單元電路。這個結構使GPIO具有了“推挽輸出”和“開漏輸出”兩種模式。

所謂的推挽輸出模式，是根據這兩個MOS管的工作方式來命名的。在該結構中輸入高電平時，上方的P-MOS導通，下方的N-MOS關閉，對外輸出高電平；而在該結構中輸入低電平時，N-MOS管導通，P-MOS關閉，對外輸出低電平。當引腳高低電平切換時，兩個管子輪流導通，一個負責灌電流，一個負責拉電流，使其負載能力和開關速度都比普通的方式有很大的提高。推挽輸出的低電平為0伏，高電平為3.3伏，參考下圖 ，它是推挽輸出模式時的等效電路。

在開漏輸出模式時，上方的P-MOS管完全不工作。如果我們控制輸出為0，低電平，則P-MOS管關閉，N-MOS管導通，使輸出接地，若控制輸出為1 (它無法直接輸出高電平)時，則P-MOS管和N-MOS管都關閉，所以引腳既不輸出高電平，也不輸出低電平，為高阻態。為正常使用時必須接上拉電阻(可用STM32的內部上拉，但建議在STM32外部再接一個上拉電阻)，參考上圖 中的右側等效電路。它具“線與”特性，也就是說，若有很多個開漏模式引腳連接到一起時，只有當所有引腳都輸出高阻態，才由上拉電阻提供高電平，此高電平的電壓為外部上拉電阻所接的電源的電壓。若其中一個引腳為低電平，那線路就相當于短路接地，使得整條線路都為低電平，0伏。

推挽輸出模式一般應用在輸出電平為0和3.3伏而且需要高速切換開關狀態的場合。在STM32的應用中，除了必須用開漏模式的場合，我們都習慣使用推挽輸出模式。

開漏輸出一般應用在I2C、SMBUS通訊等需要“線與”功能的總線電路中。除此之外，還用在電平不匹配的場合，如需要輸出5伏的高電平，就可以在外部接一個上拉電阻，上拉電源為5伏，并且把GPIO設置為開漏模式，當輸出高阻態時，由上拉電阻和電源向外輸出5伏的電平。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的秉火429笔记之三GPIO框图剖析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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