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。
+ Z- J7 B$ S1 I" r4 J; y5 h+ M2 [- l  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。
# ?; r- d& i( a% U! N4 c0 y15.2 GPIO功能简介
STM32H7的GPIO特性如下：
输出状态：开漏/推挽 + 上拉/下拉电阻。
" `& {$ u1 P/ L! U2 ~  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。
5 s) q+ l! [/ B% U& c9 _  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。
" H. c+ w% \- K. G3 }  通过寄存器GPIOx_BSRR实现对寄存器GPIOx_ODR的位操作。
  通过配置寄存器GPIOx_LCKR的锁机制，实现冻结IO口配置。
0 v* \+ ~% z" P: O  每两个时钟周期就可以翻转一次IO。
- H8 y! @4 Z0 N- m+ j( q  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）
( T, n8 S6 V- x- c6 WSTM32H7的GPIO端口可以配置为如下的8种模式：
  输入浮空
  输入上拉
  输入下拉
) O, I! P$ A; B& V$ {3 ]) X  模拟功能
  具有上拉或下拉功能的开漏输出
  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
  具有上拉或下拉功能的复用功能开漏
* R3 p, r9 x' y8 E/ F$ V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：
9 R. [% \" I4 E8 G3 U GPIO_MODE_INPUT 输入模式
% O4 q4 l- S/ N( N- g  [3 q  GPIO_MODE_OUTPUT_PP 推挽输出
4 T5 p0 K$ ?; T  _3 |: e) w  GPIO_MODE_OUTPUT_OD 开漏输出
0 ]# _! O% E  d; F6 v0 u  GPIO_MODE_AF_PP   复用推挽
  GPIO_MODE_AF_OD  复用开漏
. t/ K& \  t- S+ ?! n1 [; x  GPIO_MODE_ANALOG 模拟模式
15.3.1 推挽输出

, d2 @- \, ?5 t9 }6 h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。
& _. n* B! M4 y/ j3 [
15.3.2 开漏输出

* g) E% \( p; `' b9 R% H

' e$ \9 ^9 E, J* x4 u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：
" e* r; t3 t% O: P& S
" B3 e4 `/ z0 Q- k$ v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。
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。
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。
" i4 M6 O+ O3 e) A# H3 C0 e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。
) ?1 i! z1 ~) s! D15.3.3 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。
$ C* N7 T8 S5 s+ t
15.3.4 四种输入模式

' [6 o! L# K- v/ c4 a1 @. o5 O

2 o; k- c, f: o, Z' ^2 d
& T* |# F/ \2 A0 P9 c! A% w通过上面的引脚结构图可以得到如下三种方式

  浮空输入：CPU内部的上拉电阻、下拉电阻均断开的输入模式。
# ~  M2 R- M: k  o/ e1 S! [  e) ]  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。
% i, n' R4 {; [- o8 s

而模拟输入模式是GPIO引脚连接内部ADC。

  N3 {% d; V& f* ]" \4 {

) y) S' B; D( u9 g- o; {$ H7 W. P15.4 GPIO的拉电流负载和灌电流负载能力
7 O, Y; A# U! z! l/ i+ l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。
1 C. @& d& w' G
  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。

$ R3 [0 |- i8 k0 P+ J: v' w9 L7 B- p
9 X! m1 T+ v2 t; t" o  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
' v) P# q8 h# t5 h" D8 T- O
' {; i& F% [4 |: o/ k6 n& e8 t

1 U" T' }* X! s7 C4 F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）：

, M( e' z' P* d: v. X/ ?

4 I4 Q9 ?, M) r* v- D* a8 \8 R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。
$ U) \. Y3 V# u* p" b$ `& P; u8 Y% U) R
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：

1. /** @defgroup GPIO_speed_define  GPIO speed define
   
2.   * @brief GPIO Output Maximum frequency
   
3.   * @{
   ' T* ^4 |5 H- \, f) n
4.   */  
   . W8 u5 b, E3 q' r7 ~
5. #define  GPIO_SPEED_FREQ_LOW         ((uint32_t)0x00000000U)  /*!< Low speed     */
   & o3 u# Y5 V/ i% V
6. #define  GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM      ((uint32_t)0x00000001U)  /*!< Medium speed  */
   ' y7 L0 T+ {3 J, I# v& W
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

/ c% ]( [) a9 K1 j* u) P+ L使用后两种速度等级的话，最好使能IO补偿单元。另外不同速度等级下，IO补偿使能与否对IO最大速度的影响

4 ]: w' k3 M% q% @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
' h; r+ @8 J, a- B  ?0 B: D" Z

* A* p. S5 t6 ^0 p9 g15.7 不使用的引脚推荐设置为模拟模式
6 D7 d  R  ^( c: J4 |1 |主要从功耗和防干扰考虑。
9 s8 b4 w1 B3 k9 Y+ z) {1 D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。
  l2 m# o) y; l, |, X5 f- O8 R5 Z  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。
综上考虑，不使用的引脚设置为模拟模式，悬空即可。

5 J- o1 \# L: E# r/ e15.8 总结
) s: M1 }# I3 x3 R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 _' a1 z/ _8 K- {2 d  C( Y! n
/ j- [6 O- |2 h: @. G" t