GPIO（通用输入 / 输出端口）是 STM32 可控制的引脚，它如同 STM32 与外部世界沟通的桥梁，通过与外部硬件设备连接，能够实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据等重要功能。以 STM32F103ZET6 芯片为例，这是一款 144 脚芯片，包含 7 个通用目的的输入 / 输出口（GPIO）组，分别为 GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG。每组 GPIO 口组又拥有 16 个 GPIO 口，通常简略表示为 PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx，其中 x 的取值范围是 0 - 15。
　　值得一提的是，STM32 的大部分引脚除了作为 GPIO 使用外，还能复用为外设功能引脚，例如串口。在学习 STM32 单片机时，串口是绕不开的重要部分。
　　GPIO 基本结构
　　每个 GPIO 内部都有一套特定的电路结构。
　　保护二极管：IO 引脚上下两边的两个二极管起着至关重要的保护作用，用于防止引脚外部过高或过低的电压输入。当引脚电压高于 VDD 时，上方的二极管导通；当引脚电压低于 VSS 时，下方的二极管导通，从而避免不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。不过，尽管有保护二极管，还是不能直接外接大功率器件，必须加大功率及隔离电路驱动，以防烧坏芯片或者使外接器件无法正常工作。
　　P - MOS 管和 N - MOS 管：由 P - MOS 管和 N - MOS 管组成的单元电路，赋予了 GPIO “推挽输出” 和 “开漏输出” 两种模式。这部分电路的工作原理将在后续详细分析。
　　　TTL 肖特基触发器：信号经过触发器后，模拟信号会转化为 0 和 1 的数字信号。但当 GPIO 引脚作为 ADC 采集电压的输入通道时，使用其 “模拟输入” 功能，此时信号不再经过触发器进行 TTL 电平转换，因为 ADC 外设需要采集原始的模拟信号。另外，在查看《STM32 中文参考手册 V10》中的 GPIO 表格时，会看到有 “FT” 一列，这表示该 GPIO 口兼容 3.3V 和 5V；若没有标注 “FT”，则代表不兼容 5V。
　　STM32 的 GPIO 工作方式
　　GPIO 支持多种输入输出模式，每个 I/O 口可以自由编程，但 I/O 口寄存器必须按 32 位字被访问。以下是具体的八种工作方式：
　　浮空输入模式：在浮空输入模式下，I/O 端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。此时，I/O 的电平状态完全由外部输入决定，若该引脚悬空（无信号输入），读取该端口的电平是不确定的。
　　上拉输入模式：此模式下，I/O 端口的电平信号同样直接进入输入数据寄存器。当 I/O 端口悬空（无信号输入）时，输入端的电平可以保持在高电平；而当 I/O 端口输入为低电平时，输入端的电平也为低电平。
　　下拉输入模式：下拉输入模式中，I/O 端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。在 I/O 端口悬空（无信号输入）时，输入端的电平可以保持在低电平；当 I/O 端口输入为高电平时，输入端的电平也为高电平。
　　模拟输入模式：模拟输入模式下，I/O 端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块，如 ADC 模块等。
　　开漏输出模式：通过设置位设置 / 清除寄存器或者输出数据寄存器的值，信号途经 N - MOS 管，最终输出到 I/O 端口。当设置输出的值为高电平时，N - MOS 管处于关闭状态，此时 I/O 端口的电平不由输出的高低电平决定，而是由 I/O 端口外部的上拉或者下拉决定；当设置输出的值为低电平时，N - MOS 管处于开启状态，I/O 端口的电平为低电平。同时，I/O 端口的电平也可以通过输入电路进行读取，但要注意 I/O 端口的电平不一定是输出的电平。
　　　开漏复用输出模式：该模式与开漏输出模式类似，只是输出的高低电平的来源不是让 CPU 直接写输出数据寄存器，而是利用片上外设模块的复用功能输出来决定。
　　推挽输出模式：通过设置位设置 / 清除寄存器或者输出数据寄存器的值，信号途经 P - MOS 管和 N - MOS 管，最终输出到 I/O 端口。当设置输出的值为高电平时，P - MOS 管处于开启状态，N - MOS 管处于关闭状态，此时 I/O 端口的电平由 P - MOS 管决定，为高电平；当设置输出的值为低电平时，P - MOS 管处于关闭状态，N - MOS 管处于开启状态，此时 I/O 端口的电平由 N - MOS 管决定，为低电平。同时，I/O 端口的电平也可以通过输入电路进行读取，且此时 I/O 端口的电平一定是输出的电平。
　　　　推挽复用输出模式：与推挽输出模式类似，输出的高低电平的来源是利用片上外设模块的复用功能输出来决定，而非 CPU 直接写输出数据寄存器。
　　总结与分析
　　推挽结构和推挽电路：推挽结构一般是指两个参数相同的三极管或 MOS 管分别受两互补信号的控制，总是在一个三极管或 MOS 管导通的时候另一个截止，高低电平由输出电平决定。推挽电路由两个参数相同的三极管或 MOSFET 以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务。电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，因此导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流，推拉式输出级既提高了电路的负载能力，又提高了开关速度。
　　开漏输出和推挽输出的区别：开漏输出只能输出强低电平，高电平需要靠外部电阻拉高，输出端相当于三极管的集电极，适合做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对较强（一般 20ma 以内）；推挽输出可以输出强高、低电平，适合连接数字器件。
　　　在 STM32 中选用 I/O 模式：
　　浮空输入_IN_FLOATING：可用于 KEY 识别、RX1。
　　带上拉输入_IPU：IO 内部上拉电阻输入。
　　带下拉输入_IPD：IO 内部下拉电阻输入。
　　模拟输入_AIN：应用于 ADC 模拟输入，或者在低功耗下省电。
　　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，IO 口也可以由外部电路改变为低电平或不变，可实现 C51 的 IO 双向功能。
　　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。
　　复用功能的推挽输出_AF_PP：适用于片内外设功能（如 I2C 的 SCL、SDA）。
　　复用功能的开漏输出_AF_OD：适用于片内外设功能（如 TX1、MOSI、MISO、SCK、SS）。