15.1 初学者重要提示
. o- O& B$ ~) R# O  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。
3 @5 N- P' n. X/ p' ~$ _% q1 v  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。
* T& M1 @" @/ s2 a
15.2 GPIO功能简介
  Q: e6 u* D' M. ?7 k& XSTM32H7的GPIO特性如下：
. R  `3 C" j' A% F5 M  输出状态：开漏/推挽 + 上拉/下拉电阻。
3 C1 {8 u/ y/ H/ _2 ]. o7 Y0 }  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。
  输入状态：浮空，上拉/下拉，模拟。
. X; E- H, E7 |5 t  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。
- k9 j( z0 g0 F; e  通过寄存器GPIOx_BSRR实现对寄存器GPIOx_ODR的位操作。
% ?9 |7 f$ Y  }/ f* V  通过配置寄存器GPIOx_LCKR的锁机制，实现冻结IO口配置。
3 q% D( y6 _) t0 h  每两个时钟周期就可以翻转一次IO。
; b* C9 n/ j& @. V5 f$ |+ 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。
" X; \% h( h: o( _' t3 B+ G$ v15.3 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
, F$ J/ T! v: n; g  P& _  输入上拉
0 }& g! i+ P8 Y0 {0 F  输入下拉
, O$ W: n; ?0 ~) e. J  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
2 u- s6 Q; g0 |7 n' o6 p
+ W$ M- l' I: F$ w- C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：
2 x7 V7 ^5 i4 F5 c) K3 W  GPIO_MODE_INPUT 输入模式
' o" r) q" t! H4 |  GPIO_MODE_OUTPUT_PP 推挽输出
  GPIO_MODE_OUTPUT_OD 开漏输出
  GPIO_MODE_AF_PP   复用推挽
: r& w, e) ?" H" Y2 S  GPIO_MODE_AF_OD  复用开漏
  GPIO_MODE_ANALOG 模拟模式
, G9 u5 U1 q& D9 U( U8 @1 U+ H* w
15.3.1 推挽输出

# B! V4 D& e  N4 o4 B! w& [

5 o: B. d1 G- {5 T& f! K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。

& g2 J4 s( b& H* V6 H15.3.2 开漏输出

' U% H" S- M& E9 K; M$ u, V

3 b; s3 t$ X' Z% s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。
& K. S( n* Z% D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。
1 M7 Y! ]) q5 i4 q2 o5 y/ |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。
" |$ }% @+ |; f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。
' k+ V2 y0 y, L; K- f% |2 n
15.3.3 复用推挽和开漏
/ D1 t& [4 O: q3 b! a6 g$ E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。
8 }) O$ c9 e( T' g7 S
15.3.4 四种输入模式

" W$ @/ A4 }9 a* g6 l+ 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。
  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。


而模拟输入模式是GPIO引脚连接内部ADC。

! E4 ?6 [6 j1 j' u$ Y! J15.4 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。
0 I5 @8 Y8 j* ]' X" \/ M# z! m. k
( M! p! @. H3 [. _3 t+ F4 q1 V  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。
, l0 u8 e, Y! f4 K$ q

& G6 q4 h9 h/ @' z6 D7 v+ `  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
) ^! |: ^' P- c: G. ]9 T

3 C: m1 j8 c: F. u
. p6 [/ a. x/ R* k3 s) G! r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% b' E- F8 L( X" \

$ u6 V, i' D, K  y7 f7 d
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。
1 `$ y+ c( a( T0 ~3 r2 k
15.5 IO补偿单元，用于高速
- U! m  n9 u. s3 a' ^' H& hIO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.   * @{
   . j- C9 B( e' Q  X
4.   */  
   " |$ v, @+ G9 j% s/ f
5. #define  GPIO_SPEED_FREQ_LOW         ((uint32_t)0x00000000U)  /*!< Low speed     */
   / j( r- G; |0 K) P. \: q
6. #define  GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM      ((uint32_t)0x00000001U)  /*!< Medium speed  */
   
7. #define  GPIO_SPEED_FREQ_HIGH        ((uint32_t)0x00000002U)  /*!< Fast speed    */
   # t5 W- v# \( s4 Y# j0 G
8. #define  GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH   ((uint32_t)0x00000003U)  /*!< High speed    */

复制代码

  H0 R0 U! q, T1 v  K使用后两种速度等级的话，最好使能IO补偿单元。
6 s  V$ {% W& }5 x0 M6 d
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

# ~" V- z5 H: ]3 s6 K# M1 B
15.7 不使用的引脚推荐设置为模拟模式
, v9 S7 D% m4 J) u, l, y主要从功耗和防干扰考虑。

  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。
& p) U5 f6 q4 Z! Q! \9 Z0 n  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。
  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。
; R5 k9 ^) y1 }( v/ g; y: c: {
0 k& L7 |2 |0 |( n8 [4 Z15.8 总结
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。
6 }: \4 O" h2 h0 y8 w7 p. ~


6 x* L2 u7 K8 ^9 v! j; @