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。
7 u/ M) f: H4 Q# y& i0 ^1 K  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。
( e; [: Z6 Z) Y) k
15.2 GPIO功能简介
0 U8 O$ i: r/ p2 ^- fSTM32H7的GPIO特性如下：
8 r# e( [% {; X  输出状态：开漏/推挽 + 上拉/下拉电阻。
- U/ ]2 g$ i6 o1 k0 l5 n5 V4 w7 Z  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。
  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。
  通过配置寄存器GPIOx_LCKR的锁机制，实现冻结IO口配置。
+ E% P7 |! d% F5 k# [  每两个时钟周期就可以翻转一次IO。
  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）
STM32H7的GPIO端口可以配置为如下的8种模式：
3 P1 O. E# d/ ^* W' b2 p  输入浮空
  输入上拉
  输入下拉
" }- x- h9 x: H: D; w$ O  模拟功能
% ]3 o. G' b, @9 P  具有上拉或下拉功能的开漏输出
' z* {2 G2 b5 n0 a$ n  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

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：
  GPIO_MODE_INPUT 输入模式
7 M; U: {7 X9 I' z6 d9 j8 {: S  GPIO_MODE_OUTPUT_PP 推挽输出
  GPIO_MODE_OUTPUT_OD 开漏输出
8 G1 M0 f' I# g1 L& i) f' V  GPIO_MODE_AF_PP   复用推挽
$ v5 H6 j( {6 ^  GPIO_MODE_AF_OD  复用开漏
  GPIO_MODE_ANALOG 模拟模式
+ ^6 M+ ~! |3 R: @" w5 c: g
3 i7 K* e) `. n' n( Y, t. g15.3.1 推挽输出
) o/ Q( w/ v# u4 [& U

8 k/ l9 x! G2 @' ]& |- a( z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" I, p# `
- H# z/ W9 ?1 b- [15.3.2 开漏输出

% _/ }+ t, s! B' J' S& J

$ O8 g7 G0 c- w1 B+ U% R
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：
- ~- X9 }% S# O
0 I/ K" O# ^% \# @; e% K5 f! _$ |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。
1 m" R6 O1 P# I/ J7 E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。
4 Q1 K9 e/ G3 B5 [' x* m9 g2 U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。
+ G5 J2 J; r' P4 j: ]
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。
  ~+ S0 E+ i2 P0 Z6 T
15.3.4 四种输入模式

* y* Y3 ^* d7 e

- M! `: }( r) U3 E6 v0 i1 V通过上面的引脚结构图可以得到如下三种方式

$ ~8 H( e7 c' l1 c! C: N  浮空输入：CPU内部的上拉电阻、下拉电阻均断开的输入模式。
; F3 T) d; y: N/ T0 U+ ~  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。
$ @, Z& q5 c( U  D% r- z

, J$ B7 [4 M* Q2 b. i3 ^而模拟输入模式是GPIO引脚连接内部ADC。

  h: I( @8 Q3 p

& Q! V# W6 {: ]
1 f' ]# ]+ w/ U) m6 m3 s15.4 GPIO的拉电流负载和灌电流负载能力
, S2 t/ p$ P" f- ]9 W: }! a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。

/ G" {% B" ^- q. d3 N2 B  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。

4 k# ^8 t- M; h' u8 ], e2 ~) H
  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
; t6 u' Z9 {: D2 V: i) m

- N1 b) R, m2 d$ e' L
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）：

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。
/ v4 Y* m% X& {( }+ l
& d+ c% q8 K  h+ w; t8 O$ A15.5 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：

7 g" W* y. A$ S( ]

1. /** @defgroup GPIO_speed_define  GPIO speed define
   
2.   * @brief GPIO Output Maximum frequency
   " o; c% e( ^. G) w1 I
3.   * @{
   , ~1 ~( k7 x/ Z1 J0 [* L8 g
4.   */  
   . B. Q' G  l2 u* U7 u
5. #define  GPIO_SPEED_FREQ_LOW         ((uint32_t)0x00000000U)  /*!< Low speed     */
   6 ?9 M! K+ L2 S$ s; z/ L8 U% a
6. #define  GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM      ((uint32_t)0x00000001U)  /*!< Medium speed  */
   0 U* N) q  V; w4 l  N: [: i2 Y
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

2 r$ `" Y9 ?- b  r2 R# Y使用后两种速度等级的话，最好使能IO补偿单元。
9 Q7 _0 B% i/ ~7 I; j, O" N( X$ [  B
15.6 GPIO兼容CMOS和TTL电平
0 M/ J4 D& K2 iCMOS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
- m4 X& G% @# v- z& W% ]+ y

! c  K% q: d$ |: m3 B& C. D/ {15.7 不使用的引脚推荐设置为模拟模式
* v8 f) }- `) Q) z主要从功耗和防干扰考虑。

/ k3 U9 M+ |' U0 P6 G  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。
3 `8 d8 m/ ?9 y( @6 Q  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。


1 V, B3 Q9 t9 b5 \/ j) A综上考虑，不使用的引脚设置为模拟模式，悬空即可。

15.8 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。
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