1. 什么是 GPIO？

GPIO（General Purpose Input/Output，通用输入输出端口） 是微控制器（MCU）与外部世界进行信息交互的最基本物理接口。

在 STM32 中，GPIO 不仅仅是简单的“输出高低电平”或“读取电平高低”，其内部包含了极为复杂的硬件电路结构，可以通过寄存器配置为 4 种输入模式、4 种输出模式 以及不同的 输出响应速度。

2. 4 种输入模式详解

当 GPIO 配置为输入模式时，输出缓冲器（P-MOS/N-MOS）会被禁用，引脚电平通过输入通道读取。

2.1 模拟输入模式（Analog Input）

• 原理：关闭内部上拉/下拉电阻，关闭施密特触发器，将外部信号直接连接到片上 ADC（模数转换器）或 DAC（数模转换器）。

• 特点：信号不经过数字整形，保持原有的模拟电压状态；功耗极低（关闭了数字输入逻辑）。

• 典型应用：

  • ADC 电压采集（如电位器、光敏电阻、温度传感器）。

  • 芯片进入 Stop/Standby 低功耗模式时，将未用引脚设为模拟输入以省电。

2.2 浮空输入模式（Floating Input）

• 原理：断开内部上拉和下拉电阻，施密特触发器打开。

• 特点：引脚处于高阻态（High Impedance）。如果外部没有任何驱动源，引脚电平是不确定的（容易受电磁干扰而随机跳变）。

• 典型应用：

  • 外部电路已经自带了明确的上拉/下拉电阻（如外部按键板）。

  • USART 接收引脚（RX）。

2.3 上拉输入模式（Input Pull-up）

• 原理：接通内部上拉电阻（连接至 VDD），施密特触发器打开。

• 特点：在外部无输入信号（悬空）时，引脚默认保持高电平；当外部接地时，引脚被拉低至低电平。

• 典型应用：

  • 低电平有效的按键检测（按键一端接 GPIO，另一端接 GND）。

  • 传感器默认高电平、触发时给低电平信号。

2.4 下拉输入模式（Input Pull-down）

• 原理：接通内部下拉电阻（连接至 VSS），施密特触发器打开。

• 特点：在外部无输入信号（悬空）时，引脚默认保持低电平；当外部接高电平时，引脚变为高电平。

• 典型应用：

  • 高电平有效的按键检测（按键一端接 GPIO，另一端接 VDD）