一文读懂GPIO口的结构之输出

一路上

引言

GPIO，即General purpose input output，通用输入输出端口，是可以根据实际使用场景需求来用软件来配置的引脚。GPIO的输出配置 需要注意的是，一款芯片的引脚分为其实分为很多域，比如仅为芯片供电的引脚群称为电源域，还有类似复位，地址配置等等称为逻辑域，还有原生支持I2C，SPI等等通讯的称为通讯域，搭建小系统用的引脚称为系统域。本节我们主要讲述不具有特定功能的GPIO域。（本文是所有的GPIO配置类型，但有的芯片GPIO不全都支持，这类GPIO叫裁剪型GPIO，使用芯片时需要查看其Pin List，不能默认都是全功能的GPIO）

图2-1：GPIO的一般结构

一、开漏输出模式

开漏输出模式为数字输出，可以输出引脚电平，高电平为高阻态，低电平接GND。处于开漏输出模式时，施密特触发器输入也会被激活，上下拉电阻被禁止，断开连接，对输入数据寄存器的读访问可得到IO状态，出现在IO引脚上的数据在每个APB2时钟被采样到输入数据寄存器。

I2C就是利用引脚高阻态的特性，I2C总线上挂多个从机，当从机不工作时输出高阻态，总线默认为高电平。

开漏输出模式时PMOS不工作，输出寄存器上的0会让NMOS导通，接地输出低电平，输出寄存器上的1会让NMOS关闭，此时引脚既不输出高电平也不输出低电平，为高阻态。所以输出数据寄存器可控制IO输出高阻态或者低电平。

图2-2：开漏输出模式路径

二、推挽输出模式

推挽输出模式为数字输出，可以输出引脚电平，高电平接VDD，低电平接GND。处于推挽输出模式时，施密特触发器输入也会被激活，上下拉电阻被禁止，断开连接，对输出数据寄存器的读访问可得到最后一次写的值，出现在IO引脚上的数据在每个APB2时钟被采样到输入数据寄存器。

推挽输出模式双MOS管会以轮流的方式工作，输出寄存器上的0会让NMOS导通，输出低电平，输出寄存器上的1会让PMOS导通，输出高电平。

图2-3：推挽输出模式路径

三、复用开漏输出

在复用开漏输出模式中，复用功能输出使能，输出寄存器无效，输出信号源来自片上外设，此时输出速度可配置，输入可用，通过输入数据寄存器可获取IO实际状态，但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号。

图2-4：复用开漏输出模式路径

四、复用推挽输出

在复用推挽输出模式中，复用功能输出使能，输出寄存器无效，输出信号源来自片上外设，此时输出速度可配置，输入可用，通过输入数据寄存器可获取IO实际状态，但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号。

图2-5：复用推挽输出模式路径

五、小结

在输出模式下可以控制端口的输出电平高低，比如用于驱动LED闪烁，控制蜂鸣器，配合输入模式可以模拟通信接口协议I2C，SPI等等。

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