以及上拉輸入 下拉輸入 浮空輸入 模擬輸入的區別

2021-06-03 20:57:01 字數 3457 閱讀 1048

以及上拉輸入、下拉輸入、浮空輸入、模擬輸入的區別

最近在看資料手冊的時候,發現在cortex-m3裡,對於gpio的配置種類有8種之多:

(1)gpio_mode_ain 模擬輸入

(2)gpio_mode_in_floating 浮空輸入

(3)gpio_mode_ipd 下拉輸入

(4)gpio_mode_ipu 上拉輸入

(5)gpio_mode_out_od 開漏輸出

(6)gpio_mode_out_pp 推挽輸出

(7)gpio_mode_af_od 復用開漏輸出

(8)gpio_mode_af_pp 復用推挽輸出

對於剛入門的新手,我想這幾個概念是必須得搞清楚的,平時接觸的最多的也就是推挽輸出、開漏輸出、上拉輸入這三種,但一直未曾對這些做過歸納。因此,在這裡做乙個總結:

推挽輸出:可以輸出高,低電平,連線數字器件; 推挽結構一般是指兩個三極體分別受兩互補訊號的控制,總是在乙個三極體導通的時候另乙個截止。高低電平由ic的電源低定。

推挽電路是兩個引數相同的三極體或mosfet,以推挽方式存在於電路中,各負責正負半周的波形放大任務,電路工作時,兩隻對稱的功率開關管每次只有乙個導通,所以導通損耗小、效率高。輸出既可以向負載灌電流,也可以從負載抽取電流。推拉式輸出級既提高電路的負載能力,又提高開關速度。

詳細理解:

如圖所示,推挽放大器的輸出級有兩個「臂」(兩組放大元件),乙個「臂」的電流增加時,另乙個「臂」的電流則減小,二者的狀態輪流轉換。對負載而言,好像是乙個「臂」在推,乙個「臂」在拉,共同完成電流輸出任務。當輸出高電平時,也就是下級負載門輸入高電平時,輸出端的電流將是下級門從本級電源經vt3拉出。這樣一來,輸出高低電平時,vt3 一路和 vt5 一路將交替工作,從而減低了功耗,提高了每個管的承受能力。又由於不論走哪一路,管子導通電阻都很小,使rc常數很小,轉變速度很快。因此,推拉式輸出級既提高電路的負載能力,又提高開關速度。

開漏輸出:輸出端相當於三極體的集電極. 要得到高電平狀態需要上拉電阻才行. 適合於做電流型的驅動,其吸收電流的能力相對強(一般20ma以內).

開漏形式的電路有以下幾個特點:

1. 利用外部電路的驅動能力,減少ic內部的驅動。當ic內部mosfet導通時,驅動電流是從外部的vcc流經r pull-up ,mosfet到gnd。ic內部僅需很下的柵極驅動電流。

2.一般來說,開漏是用來連線不同電平的器件,匹配電平用的,因為開漏引腳不連線外部的上拉電阻時,只能輸出低電平,如果需要同時具備輸出高電平的功能,則需要接上拉電阻,很好的乙個優點是通過改變上拉電源的電壓,便可以改變傳輸電平。比如加上上拉電阻就可以提供ttl/cmos電平輸出等。(上拉電阻的阻值決定了邏輯電平轉換的沿的速度 。阻值越大,速度越低功耗越小,所以負載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。

3. open-drain提供了靈活的輸出方式,但是也有其弱點,就是帶來上公升沿的延時。因為上公升沿是通過外接上拉無源電阻對負載充電,所以當電阻選擇小時延時就小,但功耗大;反之延時大功耗小。所以如果對延時有要求,則建議用下降沿輸出。

4. 可以將多個開漏輸出的pin,連線到一條線上。通過乙隻上拉電阻,在不增加任何器件的情況下,形成「與邏輯」關係。這也是i2c,smbus等匯流排判斷匯流排占用狀態的原理。補充:什麼是「線與」?:

在乙個結點(線)上, 連線乙個上拉電阻到電源 vcc 或 vdd 和 n 個 npn 或 nmos 電晶體的集電極 c 或漏極 d, 這些電晶體的發射極 e 或源極 s 都接到地線上, 只要有乙個電晶體飽和, 這個結點(線)就被拉到地線電平上. 因為這些電晶體的基極注入電流(npn)或柵極加上高電平(nmos),電晶體就會飽和, 所以這些基極或柵極對這個結點(線)的關係是或非 nor 邏輯. 如果這個結點後面加乙個反相器, 就是或 or 邏輯.

其實可以簡單的理解為:在所有引腳連在一起時,外接一上拉電阻,如果有乙個引腳輸出為邏輯0,相當於接地,與之併聯的迴路「相當於被一根導線短路」,所以外電路邏輯電平便為0,只有都為高電平時,與的結果才為邏輯1。

關於推挽輸出和開漏輸出,最後用一幅最簡單的圖形來概括:

該圖中左邊的便是推挽輸出模式,其中比較器輸出高電平時下面的pnp三極體截止,而上面npn三極體導通,輸出電平vs+;當比較器輸出低電平時則恰恰相反,pnp三極體導通,輸出和地相連,為低電平。右邊的則可以理解為開漏輸出形式,需要接上拉。

浮空輸入:對於浮空輸入,一直沒找到很權威的解釋,只好從以下圖中去理解了

由於浮空輸入一般多用於外部按鍵輸入,結合圖上的輸入部分電路,我理解為浮空輸入狀態下,io的電平狀態是不確定的,完全由外部輸入決定,如果在該引腳懸空的情況下,讀取該埠的電平是不確定的。

上拉輸入/下拉輸入/模擬輸入:這幾個概念很好理解,從字面便能輕易讀懂。

復用開漏輸出、復用推挽輸出:可以理解為gpio口被用作第二功能時的配置情況(即並非作為通用io口使用)

最後總結下使用情況:

在stm32中選用io模式

(1) 浮空輸入_in_floating ——浮空輸入,可以做key識別,rx1

(2)帶上拉輸入_ipu——io內部上拉電阻輸入

(3)帶下拉輸入_ipd—— io內部下拉電阻輸入

(4) 模擬輸入_ain ——應用adc模擬輸入,或者低功耗下省電

(5)開漏輸出_out_od ——io輸出0接gnd,io輸出1,懸空,需要外接上拉電阻,才能實現輸出高電平。當輸出為1時,io口的狀態由上拉電阻拉高電平,但由於是開漏輸出模式,這樣io口也就可以由外部電路改變為低電平或不變。可以讀io輸入電平變化,實現c51的io雙向功能

(6)推挽輸出_out_pp ——io輸出0-接gnd, io輸出1 -接vcc,讀輸入值是未知的

(7)復用功能的推挽輸出_af_pp ——片內外設功能(i2c的scl,sda)

(8)復用功能的開漏輸出_af_od——片內外設功能(tx1,mosi,miso.sck.ss)

stm32設定例項:

(1)模擬i2c使用開漏輸出_out_od,接上拉電阻,能夠正確輸出0和1;讀值時先gpio_setbits(gpiob, gpio_pin_0);拉高,然後可以讀io的值;使用gpio_readinputdatabit(gpiob,gpio_pin_0);

(2)如果是無上拉電阻,io預設是高電平;需要讀取io的值,可以使用帶上拉輸入_ipu和浮空輸入_in_floating和開漏輸出_out_od;    

上拉輸入 下拉輸入 浮空輸入 模擬輸入的區別

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