GPIO的八种工作模式
gpio的八种工作模式
gpio是通用输入/输出端口的简称，gpio的引脚与外部设备连接，可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。gpio的8种输入模式：包括4种输入模式和4种输出模式(2种普通输出和2种复用输出)。
gpio基本结构
每个gpio内部都有这样的一个电路结构，下面就简单的介绍一下这个电路
保护二极管：i/o引脚上的二极管是为了防止引脚外部输入过高、过低的电压时对芯片造成损坏而设置的，起到保护电路的作用。当引脚电压>vdd时，上方的二极管导通；当引脚电压p-mos管和n-mos管：gpio所具有的“推挽输出”输出和“开漏输出”模式得益于由p-mos管和n-mos管组成的单元电路。
ttl肖特触发器：可以理解为用肖特管构成的施密特触发器，模拟信号经过触发器后，就会转化为0和1的数字信号。如果gpio引脚作为输入通道进行adc电压采集时，用其“模拟输入”功能，信号就不会经过触发器进行ttl转换。
vdd_ft 对5v容忍i/o脚是特殊的，它与vdd不同。这句话的意思就是vdd_ft是兼容5v和3.3v的，而没有ft的是不兼容5v的。
下面具体介绍gpio的8种工作模式：
输入模式—浮空输入
在此模式下，上图黄色阴影部分①—④的电路为通路，由①i/0端口输入电平（高电平或低电平）→保护二极管→②ttl肖特基触发器→③输入数据寄存器→④cpu，这样cpu就能读取到i/o端口处的高低电平状态。浮空输入模式下，i/o端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，i/o的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。它的输入阻抗较大，一般把这种模式用于标准的通信协议如i2c、usart。
输入模式—输入上拉
上拉电阻：把不确定的信号通过电阻连接到高电平，默认情况下输入引脚数据为1，高电平。在上拉输入模式下，也是i/o端口的电平信号直接进入输入数据寄存器，但是它和浮空模式的主要区别在于，输入上拉模式中上拉电阻（连接vdd）的开关闭合，上拉电阻的大小约为30—50kω。
输入模式—输入下拉
下拉电阻：把不确定的信号通过电阻连接到低电平，默认情况下输入引脚数据为0，低电平。在下拉输入模式下，也是i/o端口的电平信号直接进入输入数据寄存器，同理，它和浮空模式的主要区别在于，输入下拉模式中下拉电阻（连接vss）的开关闭合。
输入模式—模拟输入
在此模式下，数据通道中上拉、下拉电阻和ttl肖特触发器，这时均处于关断的状态，在模拟输入状态下，cpu是无法通过“输入数据寄存器”读到io端口变化的数据了，也就是说“输入数据寄存器”就无法反映i/o端口上的电平变化的了。i/o端口的模拟信号（注意是电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块，比如adc模块。
输出模式—开漏输出
①
若②输出控制电路接收到1（高电平），则③n-mos管截止，那么此时 ④i/o端口处的电平不是通过②输出控制电路和③n-mos管来控制的，而是取决于外部的“上拉”或“下拉”。
若②输出控制电路接收到 0（低电平），③n-mos管导通，此时④i/o端口处的电平就被③n-mos管拉低。
同时，在输出的状态下，i/o口的电平还可以通入输入电路（④i/o端口→⑥输入数据寄存器→⑦cpu读取）来读取。
输出模式—开漏复用输出
开漏复用输出模式与开漏输出模式很相似，区别在于输出的高低电平的来源，不是让cpu直接向位设置/清除寄存器写1/0然后将其映射到输出数据寄存器中，而是利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。
输出模式—推挽输出
由图可知，gpio的推挽输出模式是在开漏输出模式的基础上，在“输出控制电路”之后，增加了一个p-mos管。
当cpu输出逻辑“1 ”时，③p-mos管导通，n-mos管截止，输出高电平。
当cpu输出逻辑“0 ”时，③p-mos管截止，n-mos管导通，输出低电平。
同时，i/o端口的电平也可以通过输入电路（④i/o端口→⑥输入数据寄存器→⑦cpu读取）进行读取。
输出模式—推挽复用输出
推挽复用输出模式与推挽输出模式相似。只是输出的高低电平的来源，不是让cpu直接向位设置/清除寄存器写1/0然后将其映射到输出数据寄存器中，而是利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。
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ttl肖特触发器：可以理解为用肖特管构成的施密特触发器，模拟信号经过触发器后，就会转化为0和1的数字信号。如果gpio引脚作为输入通道进行adc电压采集时，用其“模拟输入”功能，信号就不会经过触发器进行ttl转换。
vdd_ft 对5v容忍i/o脚是特殊的，它与vdd不同。这句话的意思就是vdd_ft是兼容5v和3.3v的，而没有ft的是不兼容5v的。
下面具体介绍gpio的8种工作模式：
输入模式—浮空输入
在此模式下，上图黄色阴影部分①—④的电路为通路，由①i/0端口输入电平（高电平或低电平）→保护二极管→②ttl肖特基触发器→③输入数据寄存器→④cpu，这样cpu就能读取到i/o端口处的高低电平状态。浮空输入模式下，i/o端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，i/o的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。它的输入阻抗较大，一般把这种模式用于标准的通信协议如i2c、usart。
输入模式—输入上拉
上拉电阻：把不确定的信号通过电阻连接到高电平，默认情况下输入引脚数据为1，高电平。在上拉输入模式下，也是i/o端口的电平信号直接进入输入数据寄存器，但是它和浮空模式的主要区别在于，输入上拉模式中上拉电阻（连接vdd）的开关闭合，上拉电阻的大小约为30—50kω。
输入模式—输入下拉
下拉电阻：把不确定的信号通过电阻连接到低电平，默认情况下输入引脚数据为0，低电平。在下拉输入模式下，也是i/o端口的电平信号直接进入输入数据寄存器，同理，它和浮空模式的主要区别在于，输入下拉模式中下拉电阻（连接vss）的开关闭合。
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①
若②输出控制电路接收到1（高电平），则③n-mos管截止，那么此时 ④i/o端口处的电平不是通过②输出控制电路和③n-mos管来控制的，而是取决于外部的“上拉”或“下拉”。
若②输出控制电路接收到 0（低电平），③n-mos管导通，此时④i/o端口处的电平就被③n-mos管拉低。
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