简述GPIO的八种模式

### GPIO 的八种工作模式详解

#### 1. 模拟输入 (GPIO_Mode_AIN)

在这种模式下，GPIO 被配置为模拟信号输入通道。这意味着该引脚可以接收连续变化的电压值而不是简单的高低电平。这种功能对于连接传感器或其他需要精确测量电压的应用非常有用[^1]。

// 设置PA0为模拟输入模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = ANALOG; // 对应于GPIO_Mode_AIN
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

#### 2. 浮空输入 (GPIO_Mode_IN_FLOATING)

浮空输入意味着没有任何内部电阻被激活来强制设定引脚的状态。因此，如果未连接任何外部设备，则引脚可能处于不确定状态（高阻态），这可能导致误读取数据。

// 设置PB1为浮空输入模式
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
GPIO_InitStruct.Mode = INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = NONE; // 对应于GPIO_Mode_IN_FLOATING
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

#### 3. 下拉输入 (GPIO_Mode_IPD)

当选择此模式时，会在引脚与地之间接通一个小电流路径，使得在没有其他外加电压的情况下，默认情况下引脚呈现低电平。这对于防止噪声干扰特别有效。

// 设置PC2为下拉输入模式
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;
GPIO_InitStruct.Mode = INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = PULL_DOWN; // 对应于GPIO_Mode_IPD
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

#### 4. 上拉输入 (GPIO_Mode_IPU)

相反于此的是上拉输入模式，在这里会有一个弱电源通过大电阻向引脚供电，从而确保无外界影响时引脚保持高电平。这种方式常用于按键检测等场景中。

// 设置PD3为上拉输入模式
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_3;
GPIO_InitStruct.Mode = INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = PULL_UP; // 对应于GPIO_Mode_IPU
HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);

#### 5. 开漏输出 (GPIO_Mode_Out_OD)

开漏输出允许仅提供接地路径而无法主动拉高逻辑电平。为了实现完整的高低电平转换，通常还需要配合外部上拉电阻一起使用。这样的设计有助于多个器件共享同一总线而不互相冲突。

// 设置PE4为开漏输出模式
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4;
GPIO_InitStruct.Mode = OUTPUT_OPEN_DRAIN; // 对应于GPIO_Mode_Out_OD
GPIO_InitStruct.Pull = PULL_UP;
GPIO_InitStruct.Speed = SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);

#### 6. 推挽输出 (GPIO_Mode_Out_PP)

这是最常用的数字I/O接口形式之一，它既能将引脚置位也能清除其上的电荷，即能够直接控制引脚变为高或低电平。由于具备较强的驱动能力，适合用来驱动LED灯或者其他负载元件。

// 设置PF5为推挽输出模式
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
GPIO_InitStruct.Mode = OUTPUT_PUSH_PULL; // 对应于GPIO_Mode_Out_PP
GPIO_InitStruct.Pull = NO_PULL;
GPIO_InitStruct.Speed = SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);

#### 7. 复用开漏输出 (GPIO_Mode_AF_OD)

类似于普通的开漏输出方式，但是这里的“复用”指的是这个引脚还可以承担额外的功能角色，比如作为定时器PWM输出或是串行通信线路的一部分。同样地，也需要借助外部上拉电阻完成全范围内的电平切换操作。

// 设置PG6为复用开漏输出模式并分配给USART TX
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
GPIO_InitStruct.Alternate = AF_USART_TX;
GPIO_InitStruct.Mode = ALTERNATE_FUNCTION_OUTPUT_OPEN_DRAIN; // 对应于GPIO_Mode_AF_OD
GPIO_InitStruct.Pull = PULL_UP;
GPIO_InitStruct.Speed = SPEED_FREQ_MEDIUM;
HAL_GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStruct);

#### 8. 复用推挽输出 (GPIO_Mode_AF_PP)

最后一种模式就是复用推挽输出，除了支持多用途之外还保留了标准推挽输出的优点——强大的驱动能力和快速响应时间。适用于那些既要求高效能又要兼顾灵活性的应用场合。

// 设置PH7为复用推挽输出模式并分配给SPI MOSI
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7;
GPIO_InitStruct.Alternate = AF_SPI_MOSI;
GPIO_InitStruct.Mode = ALTERNATE_FUNCTION_OUTPUT_PUSH_PULL; // 对应于GPIO_Mode_AF_PP
GPIO_InitStruct.Pull = NO_PULL;
GPIO_InitStruct.Speed = SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOH, &GPIO_InitStruct);