GPIO详解：不仅仅是输入输出那么简单
GPIO详解：不仅仅是输入输出那么简单
“别小看一个小小的引脚，它可是 MCU 世界的社交之门。”
👋 先打个招呼：什么是 GPIO？
GPIO，全称是 General Purpose Input/Output —— 通用输入输出口。
简单说，它就像 MCU 身上的“手指”：
- 输入模式：它能感知外部世界（比如按键按下）
- 输出模式：它能控制外部设备（比如点亮LED）
别以为它只是通电/断电！
GPIO 的“本领”比你想象的多很多！
🧠 GPIO 的核心概念梳理
| 概念 | 通俗解释 |
|---|---|
| 输入模式 | “耳朵”——用来接收信号 |
| 输出模式 | “手”——用来发出信号 |
| 上拉/下拉 | 默认信号状态，不悬空就靠它 |
| 推挽输出 | 能输出高电平也能输出低电平 |
| 开漏输出 | 只能拉低，靠外部上拉输出高 |
| 复用功能 | “兼职”的引脚，比如串口、I2C、PWM等 |
| 中断功能 | 引脚也能“打断”主程序，成为中断源 |
| 速度设置 | 并不是说跑步，而是电气变化的快慢（驱动能力） |
⚡ 输入模式：不是你以为的那么简单
GPIO_MODE_INPUT
输入模式一般配合 上拉 或 下拉 使用：
| 场景 | 原因 |
|---|---|
| 内部上拉 | 防止引脚悬空漂移，默认为高电平 |
| 内部下拉 | 保持引脚为低电平，适合低有效按键 |
| 无上拉下拉 | 用外部电路控制，或用于模拟输入 |
举个例子：你用按键接 GND，那就要设置为“输入 + 上拉”，按下时变低电平。
💡 输出模式：推挽 vs 开漏
🚀 推挽输出（GPIO_MODE_OUTPUT_PP）
能把引脚拉高也能拉低，适合控制 LED、继电器等。
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); // 输出高
🌪 开漏输出（GPIO_MODE_OUTPUT_OD）
只能拉低，拉高需要靠外部上拉电阻。
适合做I2C总线、多个设备共用一根线的场景。
🧬 复用模式：GPIO 的“分身术”
你定义的是 GPIO，其实它暗地里还兼职着：
- USART_TX/RX（串口通信）
- I2C_SCL/SDA（I2C 通信）
- PWM 输出
- ADC 输入
- 外部中断 EXTI
这就需要设置为 GPIO_MODE_AF_xx 模式（AF = Alternate Function）
👉 一个引脚，多种身份，选谁就看配置！
⏱️ GPIO的输出速度有啥用？
STM32等平台经常让你选：
- GPIO_SPEED_FREQ_LOW
- GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM
- GPIO_SPEED_FREQ_HIGH
这并不是 MCU 执行速度，而是 引脚电气输出的上升/下降沿速度。
- 太快：可能引起信号串扰、干扰（尤其在长线上）
- 太慢：可能带不动外设，波形变形
推荐做法：
| 用途 | 推荐速度 |
|---|---|
| 普通LED | Low |
| SPI/I2C/PWM | Medium or High |
| 驱动高速信号/屏幕 | High |
🔧 中断功能：GPIO也能做触发器！
某些 GPIO 支持外部中断，比如 STM32 的 EXTI（External Interrupt）。
配置为：
GPIO_MODE_IT_FALLING // 下降沿触发
GPIO_MODE_IT_RISING // 上升沿触发
GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING // 双边触发
然后写 ISR（中断服务函数）即可对按钮、电平变化做出及时响应！
📦 特殊功能小结（不同MCU略有不同）
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 锁定 GPIO | 防止误改配置（STM32 有 GPIOx_LCKR） |
| 上电默认态 | GPIO 默认可能是浮空，要谨慎使用 |
| 电流驱动能力 | 有的 GPIO 可驱动几十 mA，有的却只能带小负载 |
| 复用限制 | 某些 GPIO 只能用于特定功能，不可乱配（查看芯片手册） |
🧪 实战小练习建议
| 练习项目 | 技能点 |
|---|---|
| 点亮一个LED | 推挽输出 |
| 按下按钮点亮灯 | 输入 + 中断 |
| 软件控制蜂鸣器 | 输出控制、PWM复用 |
| 用一根线控制多个设备 | 开漏输出 + 上拉 |
| 软件模拟串口 | 开漏 + 中断 + 复用 |
🧠 一句话总结
“GPIO，是MCU和世界沟通的最小单元，掌握它，你才能真正掌握嵌入式的‘肌肉’。”