15.1 初学者重要提示
2 l3 D7 V: {" a. p4 K/ g  学习本章节务必要认真学习并掌握15.3小节GPIO功能模式分析，学好它们，对后续章节中外设的学习大有裨益。
  对于不使用的引脚，推荐设置为模拟模式，悬空即可。
; L% T2 ]8 z  e& R$ x! v3 Z4 M  GPIO的速度等级高的时候，最好使能IO补偿单元。
/ X. z1 }% v; U- H( \, \
2 J4 Q* D! s0 G; m1 e15.2 GPIO功能简介
8 q/ [+ R* i/ h2 B  a. eSTM32H7的GPIO特性如下：
5 ~, J! d1 S% _5 r  输出状态：开漏/推挽 + 上拉/下拉电阻。
  通过输出数据寄存器（GPIOx_ODR）或者外设（GPIO设置为复用模式时）输出数据。
7 h# C7 X; t/ j' G2 |6 d1 h  GPIO速度等级设置。
  输入状态：浮空，上拉/下拉，模拟。
  通过输入数据寄存器（GPIOx_IDR）或者外设（GPIO设置为复用模式）输入数据。
  通过寄存器GPIOx_BSRR实现对寄存器GPIOx_ODR的位操作。
( q7 U& w8 h. L4 M  ?  通过配置寄存器GPIOx_LCKR的锁机制，实现冻结IO口配置。
+ {- j0 h; U- P+ s) K4 R) f  每两个时钟周期就可以翻转一次IO。
# ^6 Y$ k- @" w" D/ K  高度灵活的引脚复用功能，允许IO引脚既可以做GPIO也可以做功能复用。
$ j& ]- H- g3 N" z15.3 GPIO功能模式分析（重要）
STM32H7的GPIO端口可以配置为如下的8种模式：
  输入浮空
  输入上拉
  `  p* l4 e9 F+ l9 f* u. }3 G  输入下拉
/ j$ ~' |! Y" e+ i6 [6 c2 \2 O  模拟功能
; Z+ v6 J, a! \/ m  具有上拉或下拉功能的开漏输出
. v. j5 k7 }/ l# Y9 t: s  具有上拉或下拉功能的推挽输出
  具有上拉或下拉功能的复用功能推挽
' t' |  H) \1 r& J( x' S, J, i  具有上拉或下拉功能的复用功能开漏
' f. w& Y' w8 {" W, s) w
3 u2 Y) K' x- }  [由于上拉和下拉是可选配置，对应的HAL库配置使用下面6种就可以表示：
% p2 q. y* g6 h4 |1 W" f  GPIO_MODE_INPUT 输入模式
  GPIO_MODE_OUTPUT_PP 推挽输出
  GPIO_MODE_OUTPUT_OD 开漏输出
  e. z) o! a6 G0 Z1 C4 e0 {; ?  GPIO_MODE_AF_PP   复用推挽
* p$ e5 `) a6 d; y$ g  h  GPIO_MODE_AF_OD  复用开漏
  GPIO_MODE_ANALOG 模拟模式

15.3.1 推挽输出
5 R+ S$ {% x4 A# X  h# w

4 s! f+ D% m. R. M推挽电路是两个参数相同的三极管或 MOSFET，以推挽方式存在于电路中。 电路工作时，两只对称的开关管每次只有一个导通，导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级提高电路的负载能力。 相对于开漏输出模式，推挽输出最大优势是输出高电平时，上升时间快，电压驱动能力强。
, g. e/ B+ J6 T  u
15.3.2 开漏输出

  z, Y/ k) N5 ~

: X8 R! c7 ^( Z0 F) `
  \$ v  E2 s6 A2 N开漏端相当于 MOS 管的漏极（三极管的集电极），要得到高电平状态必须外接上拉电阻才行，因此输出高电平的驱动能力完全由外接上拉电阻决定，但是其输出低电平的驱动能力很强。开漏形式的电路有以下几个特点：
. l3 Y4 f- @8 V4 g
4 ~% I$ @- ?% T- E8 G输出高电平时利用外部电路的驱动能力，减少 IC 内部的驱动。
9 m2 ~* M6 J4 `8 ~开漏是用来连接不同电平的器件，匹配电平用的，因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时，只能输出低电平。如果需要同时具备输出高电平的功能，则需要接上拉电阻，很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压，便可以改变传输电平。上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的速度。阻值越大，速度越低，功耗越小。
5 ^4 k) C' h- {9 ]/ g开漏输出提供了灵活的输出方式，但是也有其弱点，就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电，所以当电阻选择小时延时就小，但功耗大；反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求，则建议用下降沿输出。
可以将多个开漏输出连接到一条线上。通过一只上拉电阻，在不增加任何器件的情况下，形成“与逻辑”关系，即“线与”。可以简单的理解为：在所有引脚连在一起时，外接一上拉电阻，如果有一个引脚输出为逻辑 0，相当于接地，与之并联的回路“相当于被一根导线短路”，所以外电路逻辑电平便为 0，只有都为高电平时，与的结果才为逻辑 1。
3 T, f! q" u. M# }$ h3 a  v
6 b2 o2 N& X2 }' W15.3.3 复用推挽和开漏
复用指的是GPIO切换到CPU内部设备（比如SPI,I2C,UART等电路），也就是GPIO不是作为普通IO使用，是由内部设备直接驱动。推挽和开漏的特征同上。

15.3.4 四种输入模式
% M  p" h# t/ E
0 l& L+ q8 [6 b* s' D, L

  _7 g' i- Y' s% \) I通过上面的引脚结构图可以得到如下三种方式

3 k3 t+ r2 [$ A( e; H. C2 b7 U  浮空输入：CPU内部的上拉电阻、下拉电阻均断开的输入模式。
  下拉输入：CPU内部的下拉电阻使能、上拉电阻断开的输入模式。
9 s5 }( R" i9 O: e- z: l6 P  上拉输入：CPU内部的上拉电阻使能、下拉电阻断开的输入模式。
/ F: b: s9 m5 V" ]
& @; m: X) w# y* Q5 E
而模拟输入模式是GPIO引脚连接内部ADC。
6 D: m2 N$ K$ a

4 }% f6 x* ?* d- Y1 m5 H
9 A8 a) [% h" Y/ @5 T15.4 GPIO的拉电流负载和灌电流负载能力
这里先普及点小知识，什么是拉电流负载，什么是灌电流负载。
/ s5 @3 |  s$ |+ S; h2 ?
  拉电流负载：一种负载电流从驱动门流向外电路，称为拉电流负载。比如使用STM32H7的GPIO直接驱动LED就是拉电流形式。
. z9 S4 m# [8 @& g; O* d2 q& @- l

3 L% g1 O4 J6 j# H4 N  灌电流负载：负载电流从外电路流入驱动门，称为灌电流负载。比如下面这种形式的LED驱动电路

, Z  [: E: g7 @! b) S+ p

0 G  @1 ?1 P2 s. K: o0 c. q4 y
有了上面这些知识后再来看STM32H7的IO驱动能力（截图来自STM32H7参考手册）：
8 i5 ^  U' u, n; T7 C

1 a5 d  w  F& E& \) q  O  }% ]
通过上面的截图可知：STM32H7总的拉电流和灌电流不可超过140mA，单个引脚最大不可超过20mA，这个知识点，大家要知道。

15.5 IO补偿单元，用于高速
8 R/ d; w3 ]1 r% Z; L* l1 L/ eIO补偿单元用于控制I/O通信压摆率（tfall / trise）以此来降低I/O噪声。当前STM32H7的速度等级可以配置为以下四种：
* E' P" z; U7 \* k
4 ?9 m# D7 w) g8 E( \

1. /** @defgroup GPIO_speed_define  GPIO speed define
   % P* d" c  K/ i: F2 y
2.   * @brief GPIO Output Maximum frequency
   
3.   * @{
   
4.   */  
   
5. #define  GPIO_SPEED_FREQ_LOW         ((uint32_t)0x00000000U)  /*!< Low speed     */
   
6. #define  GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM      ((uint32_t)0x00000001U)  /*!< Medium speed  */
   
7. #define  GPIO_SPEED_FREQ_HIGH        ((uint32_t)0x00000002U)  /*!< Fast speed    */
   7 w: c6 Q9 N( W: y3 k: Q
8. #define  GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH   ((uint32_t)0x00000003U)  /*!< High speed    */

复制代码

9 a$ M& j+ Y( U$ ~使用后两种速度等级的话，最好使能IO补偿单元。

* u) ^$ a: n2 ]$ F5 z15.6 GPIO兼容CMOS和TTL电平
CMOS和TTL电平兼容问题也是一个比较重要的知识点，关于这方面的知识已经在论坛进行了总结

7 [( F# c. U2 d; b3 T) o2 v

9 O  q  j  J" r/ F9 J3 _! `
8 S, e1 D2 k. F! ^! K" B. L# P15.7 不使用的引脚推荐设置为模拟模式
8 M% ~& X# F3 I! z! U( W主要从功耗和防干扰考虑。
6 ~' q/ `* w; ?7 X8 B; u6 Z
  所有用作带上拉电阻输入的 I/O都会在引脚外部保持为低时产生电流消耗。此电流消耗的值可通过使用的静态特性中给出的上拉 / 下拉电阻值简单算出。
  对于输出引脚，还必须考虑任何外部下拉电阻或外部负载以估计电流消耗。
  若外部施加了中间电平，则额外的 I/O 电流消耗是因为配置为输入的 I/O。此电流消耗是由用于区分输入值的输入施密特触发器电路导致。除非应用需要此特定配置，否则可通过将这些I/O 配置为模拟模式以避免此供电电流消耗。 ADC 输入引脚应配置为模拟输入就是这种情况。
! z( I; C0 d4 X8 y/ u1 b  任何浮空的输入引脚都可能由于外部电磁噪声，成为中间电平或意外切换。为防止浮空引脚相关的电流消耗，它们必须配置为模拟模式，或内部强制为确定的数字值。这可通过使用上拉 / 下拉电阻或将引脚配置为输出模式做到。
1 d+ _: W' v+ S0 l" O2 D+ L. T

) x9 z- m9 l0 R& g综上考虑，不使用的引脚设置为模拟模式，悬空即可。

% v$ {+ o) I7 T4 @, V15.8 总结
* @9 w- S, _7 m  ?- Q/ k本章节就为大家讲解这么多，其中GPIO功能模式小节（本章15.3）最重要，大家务必要掌握。

& x5 Q( x% P5 U- c' z

9 a; Z4 E  r3 a/ b2 ?. g7 ]* L% U! m