筆者近日在B站刷到了一個(gè)視頻，使我對(duì)GPIO的I/O口內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)以及工作原理有了恍然大明白的理解，現(xiàn)在對(duì)此做一個(gè)總結(jié)，并為大家推薦該視頻Keysking

　　【STM32】GPIO內(nèi)部電路原理

　　前言

　　GPIO內(nèi)部結(jié)構(gòu)概覽

　　GPIO內(nèi)部結(jié)構(gòu)詳解

　　保護(hù)電路

　　輸出電路

　　推挽輸出

　　開(kāi)漏輸出

　　輸入電路

　　總結(jié)

　　參考資料

　　GPIO內(nèi)部結(jié)構(gòu)概覽

結(jié)構(gòu)關(guān)系圖如下圖所示

　　GPIO內(nèi)部結(jié)構(gòu)詳解

　　保護(hù)電路

　　PS：

　　當(dāng)I/O口為FT 5V容忍時(shí)，其上方保護(hù)二極管電壓Vdd = 5V

　　保護(hù)二極管不能長(zhǎng)期導(dǎo)通，否則會(huì)燒壞保護(hù)二極管。所以保護(hù)電路只能抵御一瞬間的電壓波動(dòng)，較長(zhǎng)時(shí)間的電壓波動(dòng)仍會(huì)損壞芯片

　　輸出電路

　　推挽輸出

　　流程圖：

　　代碼 –> 寄存器 –> 輸出控制器 –> 控制P-MOS/N-MOS的導(dǎo)通與斷開(kāi) –> 輸出的電壓

　　分類(lèi)討論：

　　SET置1：P-MOS導(dǎo)通 N-MOS斷開(kāi) 芯片輸出3.3V(此電壓由芯片輸出，所以推挽輸出有驅(qū)動(dòng)能力

　　RESET置0：P-MOS斷開(kāi) N-MOS導(dǎo)通 芯片輸出0V

　　開(kāi)漏輸出

　　前提：在開(kāi)漏輸出下，P-MOS一直斷開(kāi)，所以在圖上我直接將其刪去以簡(jiǎn)化單路

　　以I/O口外接工作電壓為5v的小燈泡為例

　　開(kāi)漏輸出更像是一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，小燈泡的工作電壓由小燈泡外接的5V提供(注意，此I/O口需5V容忍)。因?yàn)殡妷河赏獠刻峁?，所以開(kāi)漏輸出無(wú)驅(qū)動(dòng)能力(他只是個(gè)電子開(kāi)關(guān) 不提供電壓 所以當(dāng)然沒(méi)驅(qū)動(dòng)能力)

　　分類(lèi)討論：

　　SET置1：N-MOS導(dǎo)通 電路通路 小燈泡電壓由外部5V提供 燈亮

　　RESET置0：N-MOS斷開(kāi) 電路內(nèi)部高阻態(tài) 電路斷路 無(wú)電流 燈滅

　　所以，開(kāi)漏輸出的高電平實(shí)際是高阻態(tài) 無(wú)法輸出電流 無(wú)驅(qū)動(dòng)能力

　　輸入電路

　　上下拉電阻：

　　Pull-up上拉：開(kāi)關(guān)1閉合，I/O引腳內(nèi)部上拉

　　Pull-down下拉：開(kāi)關(guān)2閉合，I/O引腳內(nèi)部下拉

　　不上拉也不下拉：開(kāi)關(guān)1、2均不閉合，I/O引腳內(nèi)部浮空 電平不確定

　　PS：I/O口輸入可以配置內(nèi)部的上下拉電阻，為硬件功能實(shí)現(xiàn)提供了更多的可能(比如KEY按鍵模塊中，如果KEY模塊沒(méi)有配置外部的上拉電阻，則可以通過(guò)自行配置內(nèi)部的上下拉電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。

　　TTL肖特基觸發(fā)器：

　　實(shí)際上是模擬電壓 –> 數(shù)字電壓

　　高低參考電壓之間，維持原本電平信號(hào)不變，以此來(lái)抗噪聲

　　PS:

　　Q：為什么沒(méi)有復(fù)用輸入模式?

　　A：因?yàn)閺?fù)用功能輸入與通用功能輸入可以同時(shí)讀取施密特觸發(fā)器的輸

　　總結(jié)

　　對(duì)于GPIO內(nèi)部結(jié)構(gòu)而言，通過(guò)不同的配置可以完成不同的輸入輸出功能

　　輸出：

　　代碼 –> 寄存器 –> 輸出控制模塊 –> 控制P-MOS與N-MOS的導(dǎo)通與斷開(kāi)情況 –> 推挽/開(kāi)漏輸出

　　輸入：

　　I/O口輸入模擬電壓 –> 上下拉電阻 –> 施密特觸發(fā)器 –> 數(shù)字電壓 –> 存儲(chǔ)到輸入數(shù)據(jù)寄存器