单片机IO详解
一般单片机都会提供上拉和下拉功能:上拉：将不确定的信号，固定在高电平,电源到器件引脚上的电阻叫上拉电阻，作用是平时使用该引脚为高电平,上拉是对器件注入电流，即灌电流https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/e1582c2bb9ab56afd423b428d2430006.png下拉:将不确定的信号，固定到地点平,地到器件引脚的电阻叫下拉电阻，作用是平时使该引脚为低电平,下拉是从器件输出电流，即拉电流https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/4da9c8a93392feaea93529ce61b40a2d.png输入：https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/82d5c19db242d7b73c1f2b442ad40c74.png上拉输入 :将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平下拉输入 :把电压拉低，拉到GND,将不确定的信号拉到低电平输入浮空:容易受到干扰,检测电平是不定的模拟:传统方式的输入,数字模拟转换施密特输入：防止电路干扰，基本电路的缺点是在读取外部信号的跳变沿时会出现抖动，施密特触发器就是解决了上述抖动的问题https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/a5272fc52359b1808c8db632abcd0f78.png三态输入：三态电路可提供三种不同的输出值：逻辑“0”，逻辑“1”和高阻态高电平 低电平 高阻输出:复用推挽和推挽输出区别:推挽复用不经过输出数据寄存器(ODR)。如果是采用推挽输出，则该引脚电平直接由ODR控制，例如串口如果不是复用推挽就直接有ODR控制不受usart外设控制推挽输出：一般都是推挽输出，真正的输出高电平和低电平推挽输出特点:这种配置的下拉与准双向口和开漏配置相同，具有较强的拉电流能力，不同的是，具有持续的强上拉，无论有强大的高电平以及低电平驱动能力https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/5a30d8e70c0289846e18101bf8194926.png开漏输出：不常见，如果作为逻辑输出，可能是I2C，需要上拉电阻关闭所有上拉晶体管，只驱动下拉晶体管，下拉与准双向口下拉配置相同，因此只能输出低电平（吸收电流），和高阻状态。不能输出高电平（输也电流）https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/fed1c8961e606fb3836eec2c7f60f430.png准双向口:当IO输出为高电平时，其驱动能力很弱，外部负载很容易将其拉至低电平。当IO输出为低电平时，其驱动能力很强，可吸收相当大的电流准双向口只能有效的读取0，而对1则是采用读取非零的方式，就是读入的时候要先向io上写1，再读真正的双向io是不需要任何预操作可直接读入读出的准双向口做为输入时，通个一个施密特触如器和一个非门，用以干扰和滤波。 准双向口用作输入时，可对地接按键，如下图1，当然也可以去掉R1直接接按键，当按键闭合时，端口被拉至低电平，当按键松开时，端口被内部“极弱上拉”晶体管拉至高电平。当端口作为输出时，不应对地外接LED如图形控制，这样端口的驱动能力很弱，LED只能发很微弱的光，如果要驱动LED，要采用图3的方法，这样准双向口在输出为低时，可吸收20mA的电流，故能驱动LED。图4的方法也可以，不过LED不发光时，端口要吸收收很大电流。 https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/86426f82dc0a735b9742fe2b2bf8a1f7.png单片机的IO端口通常由一组引脚组成，每个引脚都可以独立地配置为输入或输出模式。这些引脚可以是数字的，也可以是模拟的，取决于单片机的设计。 设定IO口方向寄存器为输出。
通过写入数据寄存器来控制输出口的状态（高电平或低电平）。
注意输出口输出的状态电平必须考虑其外部的连接情况。 I/O端口有特定的输入电压阈值，通常分为高电平阈值和低电平阈值。只有当输入电压超过高电平阈值时，端口才认为是高电平；低于低电平阈值时，认为是低电平。 通过设置特定的寄存器，可以将IO口配置为输入或输出模式。例如，在C语言中，可以通过设置DDRx寄存器的相应位来配置GPIO引脚为输入或输出模式 模拟IO接口用于处理连续变化的信号，如电压或电流。这些信号通常来自模拟传感器，如温度传感器或光线传感器。模拟IO接口需要通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，以便单片机能够处理 为了防止静电放电（ESD）或过电流损坏，许多单片机的IO端口都内置了保护电路。 准双向口可以在输入和输出之间自动切换，不需要通过控制切换。其特点如下：
当输出为高电平时，驱动能力较弱。
当输出为低电平时，驱动能力较强。
内部有三个上拉晶体管：极弱上拉、弱上拉和强上拉。
3.2 开漏输出 可理解为漏极开路（OD 门，针对 MOS 管）或集电极开路（OC 门，针对三极管），输出低电平时 N-MOS 导通，IO 电平被拉低；输出高电平时 N-MOS 关闭，此时 IO 状态由外部决定，需要外接上拉电阻才能输出高电平，可实现线与功能。 单片机的IO输入输出模式一般都是支持可配置的 引脚处于悬空状态，没有上拉或下拉电阻，其电平状态完全由外部信号决定。常用于需要读取外部高阻信号的场合，但容易受到干扰。 单片机IO口是计算机硬件中用于输入和输出数据的端口或接口，它负责将计算机内部的数据转换为外部设备能够理解的信号，同时也将外部设备发送来的信号转换为计算机可以处理的数据。 增加了内部的上拉电阻，当没有外部信号驱动时，IO 口默认为高电平。适用于按键等输入场景，按键一端接 VCC，另一端接 IO 口，当按键按下时，IO 口电平被拉低。 许多I/O端口可以复用为不同的功能，如定时器、串行通信接口、模拟输入等。 内部连接上拉电阻，当引脚没有外部信号输入时，引脚电平被拉高为高电平。当外部输入低电平时，引脚电平被拉低。常用于按键检测等应用，按键按下时引脚电平变为低电平。 由两个 MOS 管构成，其 MOS 管的 G 级由输出控制，具有真正的输出高低电平能力，等同于 VCC 和 GND，使用时需要注意电流大小，防止灌 / 拉电流过大损坏 IO 口。适用于控制继电器、LED 灯等。 单片机的某些 IO 引脚除了作为普通的输入输出引脚外，还可以复用为其他功能，如 UART、SPI、I2C 等通信接口的引脚。在复用功能模式下，引脚的功能由相应的外设模块控制。 I/O端口的驱动能力决定了它能够驱动多少负载。驱动能力弱的端口可能无法直接驱动高电流负载。 电气特性包括工作电压范围、最大电流、输入阻抗、输出阻抗等，这些都会影响IO端口与外部设备的兼容性和可靠性。 IO 引脚能够提供或吸收的电流大小。不同单片机的 IO 引脚驱动能力不同，在驱动负载时需要考虑负载的电流需求，避免因驱动能力不足导致负载无法正常工作。