前言 筆者近日在B站刷到了一個(gè)視頻，使我對(duì)GPIO的I/O口內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)以及工作原理有了恍然大明白的理解，現(xiàn)在對(duì)此做一個(gè)總結(jié)，并為大家推薦該視頻Keysking

【STM32】GPIO內(nèi)部電路原理

前言

GPIO內(nèi)部結(jié)構(gòu)概覽

GPIO內(nèi)部結(jié)構(gòu)詳解

保護(hù)電路

輸出電路

推挽輸出

開漏輸出

輸入電路

總結(jié)

參考資料

GPIO內(nèi)部結(jié)構(gòu)概覽

結(jié)構(gòu)關(guān)系圖如下圖所示

GPIO內(nèi)部結(jié)構(gòu)詳解

保護(hù)電路

PS：

當(dāng)I/O口為FT 5V容忍時(shí)，其上方保護(hù)二極管電壓Vdd = 5V

保護(hù)二極管不能長(zhǎng)期導(dǎo)通，否則會(huì)燒壞保護(hù)二極管。所以保護(hù)電路只能抵御一瞬間的電壓波動(dòng)，較長(zhǎng)時(shí)間的電壓波動(dòng)仍會(huì)損壞芯片

輸出電路

推挽輸出

流程圖：

代碼 --》 寄存器 --》 輸出控制器 --》 控制P-MOS/N-MOS的導(dǎo)通與斷開 --》 輸出的電壓

分類討論：

SET置1：P-MOS導(dǎo)通 N-MOS斷開 芯片輸出3.3V（此電壓由芯片輸出，所以推挽輸出有驅(qū)動(dòng)能力

RESET置0：P-MOS斷開 N-MOS導(dǎo)通 芯片輸出0V

開漏輸出

前提：在開漏輸出下，P-MOS一直斷開，所以在圖上我直接將其刪去以簡(jiǎn)化單路

以I/O口外接工作電壓為5v的小燈泡為例

開漏輸出更像是一個(gè)電子開關(guān)，小燈泡的工作電壓由小燈泡外接的5V提供（注意，此I/O口需5V容忍）。因?yàn)殡妷河赏獠刻峁蚤_漏輸出無(wú)驅(qū)動(dòng)能力（他只是個(gè)電子開關(guān) 不提供電壓 所以當(dāng)然沒(méi)驅(qū)動(dòng)能力）

分類討論：

SET置1：N-MOS導(dǎo)通 電路通路 小燈泡電壓由外部5V提供 燈亮

RESET置0：N-MOS斷開 電路內(nèi)部高阻態(tài) 電路斷路 無(wú)電流 燈滅

所以，開漏輸出的高電平實(shí)際是高阻態(tài) 無(wú)法輸出電流 無(wú)驅(qū)動(dòng)能力

輸入電路

上下拉電阻：

Pull-up上拉：開關(guān)1閉合，I/O引腳內(nèi)部上拉

Pull-down下拉：開關(guān)2閉合，I/O引腳內(nèi)部下拉

不上拉也不下拉：開關(guān)1、2均不閉合，I/O引腳內(nèi)部浮空 電平不確定

PS：I/O口輸入可以配置內(nèi)部的上下拉電阻，為硬件功能實(shí)現(xiàn)提供了更多的可能（比如KEY按鍵模塊中，如果KEY模塊沒(méi)有配置外部的上拉電阻，則可以通過(guò)自行配置內(nèi)部的上下拉電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。具體請(qǐng)參考B站

TTL肖特基觸發(fā)器：

實(shí)際上是模擬電壓 --》 數(shù)字電壓

高低參考電壓之間，維持原本電平信號(hào)不變，以此來(lái)抗噪聲 PS：

Q：為什么沒(méi)有復(fù)用輸入模式？

A：因?yàn)閺?fù)用功能輸入與通用功能輸入可以同時(shí)讀取施密特觸發(fā)器的輸

總結(jié)

對(duì)于GPIO內(nèi)部結(jié)構(gòu)而言，通過(guò)不同的配置可以完成不同的輸入輸出功能

輸出：

代碼 --》 寄存器 --》 輸出控制模塊 --》 控制P-MOS與N-MOS的導(dǎo)通與斷開情況 --》 推挽/開漏輸出

輸入：

I/O口輸入模擬電壓 --》 上下拉電阻 --》 施密特觸發(fā)器 --》 數(shù)字電壓 --》 存儲(chǔ)到輸入數(shù)據(jù)寄存器