GPIO工作方式

2021-10-19 10:33:49 字數 2534 閱讀 5909

1、浮空:顧名思義就是浮在空中,上面用繩子一拉就上去了,下面用繩子一拉就沉下去了. 

2、開漏:就等於輸出口接了個npn三極體,並且只接了e,b. c極 是開路的,你可以接乙個電阻到3.3v,也可以接乙個電阻到5v,這樣,在輸出1的時候,就可以是5v電壓,也可以是3.3v電壓了.但是不接電阻上拉的時候,這個輸出高就不能實現了. 

3、推挽:就是有推有拉,任何時候io口的電平都是確定的,不需要外接上拉或者下拉電阻.

(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

(1)gpio_mode_out_od 開漏輸出

(2)gpio_mode_out_pp 推挽輸出

(3)gpio_mode_af_od 復用開漏輸出

(4)gpio_mode_af_pp 復用推挽輸出

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。

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。

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:

(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)

(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;

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