STM32系列单片机以其较好的性能，丰富的片上资源，成为当今嵌入式行业最经典、最常用的单片机之一。其通用输入输出接口（GPIO）多样的工作方式亦是其优势之一。本文将从原理上解释其工作过程。先来看看GPIO几种工作模式的总体情况。
从上图中可以看出，GPIO共有4种输入模式和4种输出模式。
1输出模式
1.1 推挽输出
从中文的字面意思来理解，推挽就是推拉的意思，在此模式下，对于负载来说，分别有两个电流方向，故而得名。也可以参考模拟电路里的乙类放大电路。如下图所示。
在输出高电平时，P-MOS导通，N-MOS截止，而在输出低电平时，恰好相反P-MOS截止，N-MOS导通。这样单片机就可以通时输出高电平和低电平了。很好理解。
1.2 开漏输出
在这个模式的时候，只有N_MOS可以工作，且其漏极处于开路的状态，故而得名“开漏输出”。如下图所示。
从
从上图中可以看出，如果不接外部的负载RL，则对于单片机内部而言，N_MOS的漏极处于开路状态，因而当N_MOS导通的时候，输出低电平，当N_MOS关断的时候输出高阻态。那如何输出高低电平呢？
这个时候就需要外接上拉电阻。
此时，当单片机N_MOS导通的时候，输出低电平，当N_MOS关断的时候输出高电平。那么这么做的意义是什么呢？单片机本身就可以同时输出高电平和低电平，何必搞这么麻烦？
这里就和实际的使用需求有关系了
- 比方说有的负载需要较高的电压值，而单片机缺不能实现，这个时候就可以采用开漏输出，上图中可以提供约5V的输出电压。
- 要实现“线与”，意思就是说，只要有一个IO口输出低电平，则输出低电平，全为高电平时才输出高电平，当用硬件实现的时候，会发现，如果采用推挽输出的方式，必然会出现一个P-MOS和N-MOS同时导通的情况，这个时候可能会出现将管子烧坏的情况。
1.3 复用推挽输出
从电路中可以看出，复用推挽输出和推挽输出并没有太大区别，区别仅仅在于触发源不一样， 单纯的推挽输出是在软件中手动地设置0和1实现的。而复用推挽输出指的是在某些模式下，启用了引脚的复用功能，这个时候需要设置该引脚为复用推挽输出，因为这个时候开发人员只需要配置相应的寄存器（参数），不需要关注具体的引脚电平。
1.4 复用开漏输出
参考复用推挽输出部分。
其实在IIC通信协议中（对于主设备而言），SCL可以配置为推挽输出，因为只需要输出时钟信号，而SDA除了输出数据信号，同时还需要扫描输入的应答信号，这个时候就需要配置为开漏输出，当然，若将两根线都配置为开漏输出，也没有问题，这个时候两根线都需要配置上拉电阻。
2 输入模式
了解了上面的内容，四种输入模式相对来说就很好理解了。
2.1 浮空输入
顾名思义，对于单片机来说，此时的输入引脚处于高阻态，需要外部同时提供高电平和低电平，因为在该模式下，内置上拉电阻和下拉电阻都没有生效。而内部的TTL肖特基触发器相当于斯密特触发器，用于对输入信号进行“整形”，将其转化为理想的TTL电平后传入输入数据寄存器，等待CPU读取。
2.2 上拉输入
所谓的上拉输入就是内部的上拉电阻投入使用。这个时候当外部输入低电平时可正常输入低电平，而当外部无输入信号（高阻态）时，可由单片机自身的上拉电阻提供高电平信号。
上图为当外部引脚配置为上拉输入时，外部引脚为高阻态时的电流通路。
2.3 下拉输入
下拉输入与上拉输入正好相反，这个时候当外部输入低电平时可正常输入高电平，而当外部无输入信号（高阻态）时，可由单片机自身的下拉电阻提供低电平信号。
2.3 模拟输入
只有在此模式下，输入才为模拟信号，因为其他模式输入模拟信号没有任何意义，经过了肖特基触发器，全都变成了数字信号。这时候上拉和下拉电阻也没有起到作用，电平直接由外部输入， 传输到内部的AD转换器单元将其转换为数字信号，等待CPU处理。
温馨提示：若要十分透彻地理解以上的内容，需要自己补充一些模电和数电的相关知识。
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