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GPIO常见名词——推挽、开漏、浮空、上拉、下拉、高阻态

1、前言

最近有不少初入嵌入式的小伙伴问我,推挽输出,开漏输出是什么,啥是浮空输入,上拉和下拉输入又该怎么区分,啥时候需要用?鉴于此前也没有写过这方面的博客,今天抽空来进行补充一下。

2、输出输入GPIO

GPIO是指通用输入输出( Input/),是一种通用的数字输入输出接口,可以通过程序控制来读取或控制外部设备。

在单片机或嵌入式系统中,GPIO通常由一个或多个引脚组成,可以通过编程来配置引脚的工作模式(输入或输出)、电平状态(高电平或低电平)等参数,即,

数字芯片的IO口,一般分为输入和输出数字芯片内部单元大都是CMOS,一般mos的栅极为输入,漏极为输出2.1 基本类型

输出:

开漏输出(OP)推挽输出(PP)复用开漏复用推挽

输入:

浮空输入下拉输入上拉输入3. 输出3.1 推挽输出

推挽输出是指输出端口通过一个晶体管的开关来控制电平状态,推挽输出可以实现高电平和低电平两种状态

输出高电平时,NPN型晶体管导通,PNP型晶体管截止,呈现向外推的形式,为推

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输出低电平时,PNP型晶体管导通,NPN型晶体管截止,呈现向回挽的形式,为挽

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优点:

输出高低电平、电源电压基本没有压差高低电平驱动能力较强,一般数字芯片推挽,输出IO口驱动电流最大可到20ma电平切换速度快

缺点: 不支持线与(指俩个输出不可以接到一起)

3.2 开漏输出

输出端口通过一个晶体管的开关来控制电平状态,但与推挽输出不同,开漏输出只能实现低电平状态,而不能直接输出高电平。

开漏输出的原理是,在输出端口接入一个NPN型晶体管,它的集电极连接到输出端口,发射极接地。当需要输出低电平时,晶体管导通,输出端口接地,形成低电平;当需要输出高电平时,晶体管截止,输出端口处于悬空状态,即高阻态。为了实现完整的输出功能,开漏输出通常需要结合外部上拉电阻。当输出端口处于高阻态时,外部上拉电阻将输出端口拉高至所需的高电平。因此,开漏输出可以通过控制晶体管的导通和截止来实现低电平输出,而高电平输出则由外部上拉电阻提供。开漏输出常用于多路设备共享总线的情况下,如I2C、SPI等通信协议中。通过多个开漏输出端口的组合,可以实现多路设备对总线的控制,同时避免输出冲突和电平干扰。

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优点:

可实现电平转换,输出电平取决于上拉电阻电源可以实现IO的线与

缺点:

高电平的驱动能力差,取决于外部上拉电阻电平切换速率取决于外部上拉电阻3.3 高阻态

关于开漏输出的高阻态,他通常用在总线上,当主设备与其中一个从设备相连的时候,阻断其他设备与主设备相连,即呈现出高阻态的形式。

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4. 输入4.1 上拉输入

是指芯片输入引脚通过电阻接到电源电压

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4.2 下拉输入

指芯片输入引脚通过电阻借到参考0电平

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4.3 浮空输入

浮空输入是指将输入引脚未连接到任何外部信号源或电路,使其处于未定义的状态。在这种情况下,输入引脚既不连接到高电平(VDD)也不连接到低电平(GND),而是处于开路状态。

浮空输入可能会导致输入信号漂移或产生不确定的结果。这是因为未连接的输入引脚可以受到周围环境中的电磁干扰,从而引起电压波动,进而影响输入状态。在某些情况下,浮空输入可能会被误认为是高电平或低电平,这取决于具体的电路设计和输入引脚的特性。

5. 野火的STM32 GPIO电路设计

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我们主要看一下他这个推挽、开漏输出的设计,N-MOS晶体管导通,P-MOS晶体管截止,呈现向外推的形式,为推,P-MOS管截止,N-MOS导通,为挽。 当为开漏状态时,只需要N-MOS管,当需要输出低电平时,晶体管导通,输出端口接地,形成低电平;当需要输出高电平时,晶体管截止,输出端口处于悬空状态,即高阻态。

最后

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