GPIO模式详解

 一、GPIO的八种模式

GPIO支持4种输入模式（浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入）和4种输出模式（开漏输出、开漏复用输出、推挽输出、推挽复用输出）。

开漏输出：mos管导通，输出强低电平；mos管截止，此时mos管电阻无穷大，如果无外部上拉电路，输出为高阻态，如果有外部上拉电路，输出为弱高电平（驱动能力较弱）

推挽输出：NMOS管导通，PMOS管截止，输出强低电平；NMOS管截止，PMOS管导通，输出强高电平

二、端口复用功能

        由数据手册可以得知，每一个IO口都有很多功能，比如PA4可以做SPI1的片选，也可以做SPI3的片选，这些都是IO端口的复用功能

使用硬件SPI时，此时的引脚需要使用复用功能，即配置为复用推挽输出

void SPI1_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

使用硬件iic时，引脚配置为复用开漏输出

void HAL_I2C_MspInit(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(i2cHandle->Instance==I2C2)
  {
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF4_I2C2;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    __HAL_RCC_I2C2_CLK_ENABLE();
  }
}

 使用软件iic时，此时的SCL和SDA引脚完全由我们控制，所以不使能复用功能，直接配置为开漏输出，然后SDA引脚读数据时配置为上拉输入模式，写数据时配置为开漏输出即可

void HAL_I2C_MspInit(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(i2cHandle->Instance==I2C2)
  {
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF4_I2C2;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    __HAL_RCC_I2C2_CLK_ENABLE();
  }
}

注意：SPI作为主机，MISO配置为浮空输入或者复用推挽输出都可以，原因在于，MISO引脚的功能就是读取电平信号，所以配置为输入模式没有问题，当配置为复用推挽输出时，我们会把MISO端口的使用权交给SPI,他会自己控制MISO的端口模式为输入模式

三、GPIO速度

#define  GPIO_SPEED_FREQ_LOW         0x00000000U  /*!< IO works at 2 MHz, please refer to the product datasheet */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM      0x00000001U  /*!< range 12,5 MHz to 50 MHz, please refer to the product datasheet */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_HIGH        0x00000002U  /*!< range 25 MHz to 100 MHz, please refer to the product datasheet  */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH   0x00000003U  /*!< range 50 MHz to 200 MHz, please refer to the product datasheet  */

配置高速：输出频率高，噪音大，功耗高，电磁干扰强； 

配置低速：输出频率低，噪音小，功耗低，电磁干扰弱；提高系统EMI（电磁干扰）性能；

我们知道GPIO速度有四种模式，低速，中速，高速和超高速，其中不同的速度对应不同的时钟频率。

• 低速：USART（115.2kbps）、按键扫描。
• 中速：I2C（400kbps）。
• 高速：SPI（18Mbps）、PWM高频信号。
• 超高速：QSPI FLASH,FMC,以太网等高速。

注意事项：

1、如果你使用9600波特率UART通信，建议速度配置为低。所以，如果你想使产品更加完美，速度配置也是关键的一项。

2、比如SPI时钟配置时，如果配置为30Mhz,那么GPIO引脚的速度最起码配置为高速模式，不然信号可能会失真。

3、GPIO设为输入模式时，输出驱动电路断开，速度配置无意义。此时应关注上拉/下拉电阻配置。

4、使用Cubemx生成代码时，SPI选用软件片选信号，此时注意GPIO口速度默认为低速模式，但是SPI一般配置高速模式，此时防止数据乱码需要修改GPIO口速度

四、如何选择I/O模式

1. 浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入，可以做KEY识别，RX1
2. 带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入
3. 带下拉输入_IPD—— IO内部下拉电阻输入
4. 模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电
5. 开漏输出_OUT_OD ——IO输出0接GND，IO输出1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。当输出为1时，IO口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化，实现C51的IO双向功能
6. 推挽输出_OUT_PP ——IO输出0-接GND， IO输出1 -接VCC，读输入值是未知的
7. 复用功能的开漏输出_AF_OD ——片内外设功能（I2C的SCL、SDA）
8. 复用功能的推挽输出_AF_PP——片内外设功能（USART的TX和RX、SPI的MOSI、MISO.SCK）

五、JTAG引脚作为GPIO使用要注意

例如PA15引脚，它默认时JTDI引脚，但是可以复用为SPI的NSS片选信号。在初始化时，需要先开启AFIO时钟，再关闭JTAG功能，否则GPIO功能仍然不起作用。初始化代码如下：

stm32f103

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);      /*使能SWD 禁用JTAG*/
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	/* CS: PA15 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

兆易创新gd32F103 

void micromotor_alarm_gpio_config(void)
{
	//1.GPIO引脚时钟使能
	rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);		
	//2.复用功能时钟使能																															
	rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);																		 	
	//3.GPIO配置为推完输出模式
    gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_15);				
	//4.重映射配置：JTAG-DP禁用和SW-DP使能	
	gpio_pin_remap_config(GPIO_SWJ_SWDPENABLE_REMAP,ENABLE);						
	//5.引脚配置为低电平
	gpio_bit_reset(GPIOA,GPIO_PIN_15);																				
}

常见的调试接口：

SW调试接口： PA13、PA14共两个引脚。

JTAG调试接口： PA13、PA14、PA15、PB3、PB4共五个引脚。