15.1 初学者重要提示
  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。
1 w" U2 f/ `3 T6 n6 @  对于不使用的引脚，推荐设置为模拟模式，悬空即可。
  GPIO的速度等级高的时候，最好使能IO补偿单元。
" F  V0 q7 K. v
15.2 GPIO功能简介
STM32H7的GPIO特性如下：
7 p: v+ n5 p8 ]# \+ t  F, x7 s  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。
  GPIO速度等级设置。
; y# u5 P; \5 R( [6 g  `  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。
, S, e. M' m# e& v  通过寄存器GPIOx_BSRR实现对寄存器GPIOx_ODR的位操作。
2 R5 Z- e9 Q$ L, Z2 d% Z  通过配置寄存器GPIOx_LCKR的锁机制，实现冻结IO口配置。
  每两个时钟周期就可以翻转一次IO。
7 Z; n! w& i: m/ y0 F  W2 H  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。
15.3 GPIO功能模式分析（重要）
3 w: G& E+ K0 b4 F0 P* K8 VSTM32H7的GPIO端口可以配置为如下的8种模式：
  输入浮空
  输入上拉
& c0 `# V( l8 t+ O/ S1 _+ m  输入下拉
& B, m$ w/ ~& j$ K' p$ v  模拟功能
2 t  c( ]. H: D: m  p% n' r% O: p  [  具有上拉或下拉功能的开漏输出
- Z( {3 O: E8 V' n9 o0 i& N& }. L  具有上拉或下拉功能的推挽输出
. O/ `/ [1 S- E& u% V4 A  具有上拉或下拉功能的复用功能推挽
  具有上拉或下拉功能的复用功能开漏
6 v5 h2 S2 c; D/ ?; z
, f6 E4 Z8 @7 j# Z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：
0 }1 N/ ~1 y  h8 m- e* S8 z  GPIO_MODE_INPUT 输入模式
6 z9 ~/ \0 J7 G; ^. Z* Z1 x  GPIO_MODE_OUTPUT_PP 推挽输出
  GPIO_MODE_OUTPUT_OD 开漏输出
  GPIO_MODE_AF_PP   复用推挽
  GPIO_MODE_AF_OD  复用开漏
  GPIO_MODE_ANALOG 模拟模式
6 t4 i- U4 h, f6 J; @3 t9 |
15.3.1 推挽输出
, k, y$ Q( k& O8 f3 n" R0 J
" w$ R4 f3 P6 \4 K

: @5 J5 R- x1 z
; \# V6 e* }' S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。

15.3.2 开漏输出

( d3 K% ?% ~, s/ i

+ H# V8 w7 ?" n$ O3 I
7 y/ g$ r6 T0 Y# \  i5 v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：

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。
: s  i8 J; g8 \! c# c/ [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。
( {) T9 X; r( ^' s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。
* u5 m$ h; i) @+ u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。
8 f3 ?5 G+ D2 V3 n& ?$ _4 f
6 n3 h1 q( ^" L  N( H. ?) `15.3.3 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。
$ c9 i& f7 S2 X& b3 l% n/ X" `+ L
! C5 Y7 V8 A/ A+ l15.3.4 四种输入模式
2 K2 u3 e/ L# t

" G3 ?) C# {5 B! r: _; q. N
! }8 H$ R6 `. h# v/ V通过上面的引脚结构图可以得到如下三种方式
5 G- D2 @# w6 h$ r5 t! {& C6 \
  浮空输入：CPU内部的上拉电阻、下拉电阻均断开的输入模式。
1 ~4 o& d; t6 [" _+ E  J1 ~4 w  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。
  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。


& z5 n0 i' Z  ~7 R* J  B而模拟输入模式是GPIO引脚连接内部ADC。

# m# r) x9 X8 b4 r/ m1 s' ^15.4 GPIO的拉电流负载和灌电流负载能力
) U& F: i) D) y% U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。

  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。

& Q: Z, x3 _1 B* k  O2 c$ Y
: {5 @# I% M; F5 F( p+ N+ P  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
5 i) s/ ^0 w' Y$ f$ B; m$ Z# p+ t
7 `: m1 f& r5 ~# ?

; F. E3 q8 K( a* p! ~7 _/ W
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）：
0 Z" b7 a$ T' q7 q2 J" O6 V

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
IO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：
: z5 Y5 p2 G+ S  t
2 f4 N, M+ u2 C/ Z& j/ N; v6 W7 J

1. /** @defgroup GPIO_speed_define  GPIO speed define
   
2.   * @brief GPIO Output Maximum frequency
   4 P6 l4 {; T. V) x" J  z0 j
3.   * @{
   $ |' C' L: l( H1 ]4 a+ \
4.   */  
   & q+ c) }! Z) Y; d7 `( ]" i% r* Q
5. #define  GPIO_SPEED_FREQ_LOW         ((uint32_t)0x00000000U)  /*!< Low speed     */
   
6. #define  GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM      ((uint32_t)0x00000001U)  /*!< Medium speed  */
   1 U9 y! F# e" u- U! S% f% V
7. #define  GPIO_SPEED_FREQ_HIGH        ((uint32_t)0x00000002U)  /*!< Fast speed    */
   
8. #define  GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH   ((uint32_t)0x00000003U)  /*!< High speed    */

复制代码

使用后两种速度等级的话，最好使能IO补偿单元。

15.6 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 b- y# Y# W4 m: u$ b

* D% g! H8 @" @  @1 z& S+ A: R0 \. n
- S& r7 Q/ O' C15.7 不使用的引脚推荐设置为模拟模式
& u" G" @4 t/ [% I7 O1 |" `主要从功耗和防干扰考虑。
9 V) e7 j  I7 a/ R
  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。
6 O% [' s# [/ V( a; y/ ^2 ^  Q  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。
" K2 ?+ t7 E: ~5 P  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。
5 ?7 }2 K  C# d  S  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。
$ s3 ?0 _/ A0 ~' }# m+ }5 {
# ^5 ^" o% q! J) v+ k6 ?
% o3 n8 I' I' ?6 s$ ~综上考虑，不使用的引脚设置为模拟模式，悬空即可。
" }3 s5 K6 ]. P! i
+ T$ D4 b  D) U. K5 K8 h# |15.8 总结
% H; I+ W" `! j8 m/ F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。

4 N. a" s% b6 u/ O: P

7 v8 b" k8 I6 s! O# \' A