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[技术问答]

GPIO常见名词——推挽、开漏、浮空、上拉、下拉、高阻态

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wilhelmina2|  楼主 | 2024-11-12 21:42 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
输出输入GPIO
GPIO是指通用输入输出(General Purpose Input/Output),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



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



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。



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。



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



4.2 下拉输入
指芯片输入引脚通过电阻借到参考0电平



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。

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