本文基于江科大STM32入门教程第3章，结合《STM32F103xx参考手册》和实际实验，梳理GPIO的核心知识点。写这篇文章的过程中，我对"推挽输出"和"开漏输出"的区别有了更深的理解，让朋友们对GPIO有一个初步的理解，希望能帮到同样刚入门的朋友。如有错误，欢迎评论区指正！
一、什么是GPIO？
GPIO（General Purpose Input/Output），即通用输入输出端口。简单来说，就是STM32芯片上那些可以人为控制高低电平的引脚。
STM32F103C8T6有48个引脚，其中37个可以作为GPIO使用（PA0~PA15、PB0~PB15、PC13~PC15等）。每个GPIO引脚都可以通过软件配置为不同的工作模式，来实现输入检测（如按键）或输出控制（如LED、蜂鸣器）等功能。
二、GPIO的8种工作模式
这是江科大课程里的重点，也是新手最容易混淆的地方。STM32的每个GPIO引脚都可以配置为8种工作模式，分为4类：
上图截取自《STM32F10xxx参考手册》Table 185，是标准库中 GPIO_Mode 的宏定义值。可以看到，8种模式在库函数中被明确定义为不同的枚举常量，我们在代码中直接调用这些宏即可，不需要去记具体的寄存器位。
2.1 输出模式详解
上图来自参考手册图16，展示了输出模式的内部结构，是理解推挽/开漏的关键：
- P-MOS（上方）：导通时引脚接VDD，输出高电平（3.3V）
- N-MOS（下方）：导通时引脚接VSS（GND），输出低电平（0V）
推挽输出（Push-Pull）：P-MOS和N-MOS轮流导通。
输出1时P-MOS开、N-MOS关 → 引脚接VDD；
输出0时P-MOS关、N-MOS开 → 引脚接VSS。
就像两个人"推"和"挽"着引脚，所以叫推挽。
开漏输出（Open-Drain）：P-MOS始终关闭，只有N-MOS工作。
输出1时N-MOS关，引脚悬空（高阻态）；
输出0时N-MOS开，引脚接VSS。
就像水龙头的"漏口"是打开的，必须外接一根管子（上拉电阻）才能出水（出高电平）。
① 推挽输出（GPIO_Mode_Out_PP）
最常用的输出模式。输出高电平时，P-MOS导通，引脚直接接VCC（3.3V）；输出低电平时，N-MOS导通，引脚直接接GND。
-
优点：驱动能力强，高低电平都很稳定
-
缺点：不能实现"线与"（多个设备共用一根线）
-
典型应用：点亮LED、驱动蜂鸣器、控制继电器
② 开漏输出（GPIO_Mode_Out_OD）
输出高电平时，P-MOS不导通，引脚处于高阻态（相当于断开）；输出低电平时，N-MOS导通，引脚接GND。
-
优点：可以实现电平转换（外接上拉电阻到5V就能输出5V）；支持"线与"
-
缺点：高电平驱动能力弱，必须外接上拉电阻
-
典型应用：I2C总线、需要5V电平兼容的场景
💡 我的理解：推挽输出是STM32自己"推"出高电平；开漏输出是STM32只负责"拉低"，高电平要靠自己外接电阻"拉"上来。
上图来自参考手册图17，展示了复用功能配置的内部结构。和普通输出模式（图16）对比，最大的区别在左下角：
- 普通输出：信号来自 输出数据寄存器（CPU控制）
- 复用输出：信号来自 片上外设（如USART、SPI、I2C硬件模块自动控制）
这就是为什么配置串口TX、SPI的MOSI时，必须用 GPIO_Mode_AF_PP，而不是 GPIO_Mode_Out_PP —— 因为此时引脚不由你的程序直接控制，而是由USART/SPI硬件外设来驱动。
输入侧同理：复用功能输入会把信号送给片上外设，而不是输入数据寄存器。
③ 复用推挽输出（GPIO_Mode_AF_PP）& ④ 复用开漏输出（GPIO_Mode_AF_OD）
和普通推挽/开漏的区别在于：引脚不由CPU直接控制，而是由片上外设（如USART、SPI、I2C）控制。比如USART1的TX引脚，必须配置为复用推挽输出。
2.2 输入模式详解
上图来自《STM32F10xxx参考手册》图15，展示了输入模式的内部结构：
- TTL肖特基（英文版翻译过来应该是施密特，这里应该是翻译错误）触发器：将模拟电平转换为数字电平（0或1）
- 上/下拉电阻：通过开关控制是否接入，对应上拉输入和下拉输入
- 浮空输入：上下拉电阻都断开，引脚电平完全由外部决定
💡 我的理解：如果把引脚比作一根导线，浮空输入就是这根导线"悬在空中"，很容易受周围电磁干扰；而上拉输入就是在这根导线和VDD之间接了一个电阻，默认把它"拉"到高电平。
① 浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）
引脚不接上拉也不接下拉电阻，电平完全由外部决定。如果外部没有明确驱动，引脚电平会飘忽不定（容易受干扰）。
-
适用场景：外部电路已经有上下拉电阻时
② 上拉输入（GPIO_Mode_IPU）
芯片内部接了一个上拉电阻（约30~50kΩ），默认状态下引脚为高电平。当外部拉低时，读到的就是低电平。
-
适用场景：按键检测最推荐的模式，按键另一端接GND即可
③ 下拉输入（GPIO_Mode_IPD）
芯片内部接了一个下拉电阻，默认状态下引脚为低电平。
上图来自参考手册图18，是模拟输入模式的内部结构。
- TTL肖特基（英文版翻译过来应该是施密特，这里应该是翻译错误）触发器被关闭（图中标注"关"），模拟信号不经过数字转换
- 上下拉电阻全部断开，避免对模拟信号产生分压影响
- 引脚电平直接送入片上的 ADC外设 进行采样
💡 这就是为什么做ADC采集时，必须配置为 GPIO_Mode_AIN，如果错配成浮空输入，触发器会把模拟电压"截断"成0或1，采集结果就全错了。
④ 模拟输入（GPIO_Mode_AIN）
引脚直接连接到片上的ADC模块，不经过施密特触发器，用于采集模拟电压信号。
三、总结
通过本文的梳理，我们可以将STM32 GPIO的8种工作模式归纳为以下核心要点：
- 输出模式：分为普通输出和复用输出，核心区别在于信号源是CPU还是片上外设。
- 推挽输出：驱动能力强，高低电平稳定，适合驱动LED、蜂鸣器等负载。
- 开漏输出：可实现电平转换和“线与”功能，常用于I2C等总线通信。
- 输入模式：关键在于内部上/下拉电阻的配置。
- 浮空输入：电平由外部决定，易受干扰，适用于外部已有上下拉的场景。
- 上拉/下拉输入：内部电阻提供默认电平，是按键检测的推荐配置。
- 模拟输入：信号直通ADC，用于采集模拟电压，必须正确配置以避免数字电路干扰。
理解这些模式的关键在于对照参考手册中的结构图，明确信号路径和开关状态。实际开发中，根据外设需求（如USART、I2C、ADC）选择对应模式，并注意推挽与开漏、普通与复用的区别，可以避免很多硬件层面的调试问题。
希望这篇梳理能帮助你建立起对STM32 GPIO工作模式的清晰认知。实践出真知，多动手配置、测量，理解会更加深刻。
持续更新学习笔记，欢迎大家点赞收藏！
