GPIO 8种模式
简介- Basic structure of a five-volt tolerant I/O port bit
引用自：STM32F4XX参考手册 P176
保护二极管：IO引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。
引脚电压大于VDD,上方二极管导通。
引脚电压低于VSS,下方二极管导通。
从而防止异常电压导致芯片损坏。
施密特触发器：将模拟信号转换成数字信号。
P-MOS管和N-MOS管：推挽输出和开漏输出。
·浮空输入模式
浮空输入模式:（空闲状态未知）
IO口电平信号直接传输进输入数据寄存器。
IO口电平状态完全由外部输入确定。
IO口引脚悬空情况下，电平状态为随机（未知的）。
·上拉输入模式
上拉输入模式:（空闲状态为高电平）
IO口电平信号直接传输进输入数据寄存器。
IO口引脚悬空情况下，电平状态为高电平。
IO口电平状态可由外部输入改变为低电平。
·下拉输入模式
下拉输入模式:（空闲状态为低电平）
IO口电平信号直接传输进输入数据寄存器。
IO口引脚悬空情况下，电平状态为低电平。
IO口电平状态可由外部输入改变为高电平。
·模拟输入模式
模拟输入模式:（绕过施密特触发器直接输入模拟信号）
I/O端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块，比如ADC模块等。
·推挽输出模式
- 推挽输出结构
推挽输出模式：
可以输出高、低电平，效率高,电流大，驱动能力强。
推挽结构指两个MOS管受两路互补的信号控制，总是在一个导通的时候另外一个截止，
输出高电平时，电流输出到负载，叫灌电流，可以理解成推,输出低电平时，负载电流流向芯片,叫拉电流,即挽。
如上图所示，INT为输出数据寄存器（ODR）,通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经P-MOS管和N-MOS管，最终输出到I/O端口。
当输出数据设置为1时，经过反向器，2处为低电平，则G处为低电平，Us为VDD输入3.3V，
此时Ug <Us,PMOS管导通,out输出引脚被拉高，此时I/O端口的电平就由P-MOS管决定，为高电平。
当输出数据设置为0时，经过反向器，2处为高电平，此时G点位高电平，
此时Ug>Us,NMOS管导通，out引脚输出被拉低，此时I/O端口的电平就由N-MOS管决定，为低电平。
·开漏输出模式
开漏输出模式：
只能输出低电平，不能输出高电平。
由上图可知，P-MOS 管完全不工作。
当输出数据设置为0时，低电平， P-MOS 管关闭，N-MOS 管导通，使输出接地，此时I/O端口的电平就由N-MOS管决定，为低电平。
当输出数据设置为1 (它无法直接输出高电平)时，则 P-MOS 管和 N-MOS 管都关闭，所以引脚既不输出高电平，也不输出低电平，为高阻态。
如果要输出高电平，则需要外接上拉。
高阻态：
电路的一种输出状态，既不是高电平，也不是低电平。
电阻高得相当于断路。
当门电路的输出上拉管导通而下拉管截止时,输出为高电平;反之就是低电平;
如上拉管和下拉管都截止时,输出端就相当于浮空（没有电流流动），其电平随外部电平高低而定,即该门电路放弃对输出端电路的控制。
所以高阻态的重要作用之一，I/O(输入/输出)口在输入时读入外部电平用。如上图5，6，7
开漏输出的作用 ：
常用在 I2C、SMBUS 通讯等需要“线与”（一个为低，全部为低）功能的总线电路中。
线与： 当很多个开漏模式引脚连接到一起时，只有当所有引脚都输出高阻态，才由上拉电阻提供高电平，此高电平的电压为外部上拉电阻所接的电源的电压。若其中一个引脚为低电平， 那线路就相当于短路接地，使得整条线路都为低电平，0 伏。
防止短路:
在一些情况下(比如总线), 多个GPIO口可能会连接在同一根线上, 存在某个GPIO输出高电平, 另一个GPIO输出低电平的情况. 如果使用推挽输出, 你会发现这个GPIO的VCC和另一个GPIO的GND接在了一起, 这样会造成短路. 如果换成开漏输出呢? VCC和GND多了个电阻, 这样电路就是安全的.所以总线一般会使用开漏输出。
·复用功能推挽输出模式
复用功能推挽输出模式：
复用”是指 STM32 的其它片上外设对 GPIO 引脚进行控制。
此时，输出的高低电平的来源，不再是CPU直接写输出数据寄存器，而是利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。
·复用功能开漏输出模式
复用功能开漏输出模式:
与开漏输出模式相似。
只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。