好记性不如铅笔头

ARM, STM32, 操作系统

【转】常用的推挽输出、开漏输出、上拉输入

因为项目需要,最近重新拾起来STM32,正好趁着这个机会好好的梳理下遇到的知识细节。

本文转自【 http://news.eeworld.com.cn/mcu/ic509197.html 】,有删改。另一篇参考【 https://blog.csdn.net/weixin_45263626/article/details/104843382

下图左边为推挽输出,右边为开漏输出

推挽输出

可以输出高,低电平,连接数字器件; 推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源决定。推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时,两只对称的功率开关管每次只有一个导通,所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流,也可以从负载抽取电流。推挽式输出级既提高电路的负载能力,又提高开关速度。

当a>b时B输出为0,下边三极管导通,上边关闭,OUT接地,输出为0。
当a<b时B输出为1,上边三极管导通,下边关闭,OUT接VCC,输出为1。

开漏输出

当a<b时B输出为1,三极管导通,OUT接地,输出为0。
当a>b时B输出为0,三极管不导通,OUT接VCC,输出为1。

开漏输出一般只能输出低电平,输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内).

开漏形式的电路有以下几个特点:

利用外部电路的驱动能力,减少IC(集成电路,也称芯片)内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时,驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up ,MOSFET到GND。IC内部仅需很小的栅极驱动电流。

一般来说,开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的,因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时,只能输出低电平,如果需要同时具备输出高电平的功能,则需要接上拉电阻,很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压,便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。(上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度 。阻值越大,速度越低功耗越小,所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。)

可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。通过一只上拉电阻,在不增加任何器件的情况下,形成“与逻辑”关系。这也是I2C,SMBus等总线判断总线占用状态的原理。

什么是“线与”

在一个结点(线)上, 连接一个上拉电阻到电源 VCC 或 VDD 和 n 个 NPN 或 NMOS 晶体管的集电极 C 或漏极 D, 这些晶体管的发射极 E 或源极 S 都接到地线上, 只要有一个晶体管饱和, 这个结点(线)就被拉到地线电平上. 因为这些晶体管的基极注入电流(NPN)或栅极加上高电平(NMOS),晶体管就会饱和,所以这些基极或栅极对这个结点(线)的关系是或非 NOR 逻辑. 如果这个结点后面加一个反相器, 就是或 OR 逻辑.

其实可以简单的理解为:在所有引脚连在一起时,外接一上拉电阻,如果有一个引脚输出为逻辑0,相当于接地,与之并联的回路“相当于被一根导线短路”,所以外电路逻辑电平便为0,只有都为高电平时,与的结果才为逻辑1

浮空输入

逻辑器件的输入引脚既不接高电平,也不接低电平。由于逻辑器件的内部结构,当它输入引脚悬空时,相当于该引脚接了高电平。一般实际运用时,引脚不建议悬空,易受干扰。

上拉输入/下拉输入/模拟输入

1、上拉输入:上拉就是把电位拉高,比如拉到Vcc。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平
2、下拉输入:就是把电压拉低,拉到GND
3、模拟输入:模拟输入是指传统方式的输入。数字输入是输入PCM数字信号,即0,1的二进制数字信号,通过数模转换,转换成模拟信号,经前级放大进入功率放大器(功率放大器中也是模拟信号)。

复用开漏输出、复用推挽输出

可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况(即并非作为通用IO口使用)。

在 STM32 中选用 IO 模式

(1) 浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入,可以做 KEY 识别, RX1
(2)带上拉输入_IPU——IO 内部上拉电阻输入
(3)带下拉输入_IPD—— IO 内部下拉电阻输入
(4) 模拟输入_AIN ——应用 ADC 模拟输入,或者低功耗下省电
(5)开漏输出_OUT_OD ——IO 输出 0 接 GND, IO 输出 1,悬空,需要外接上拉电阻,才能实现输出高电平。当输出为 1 时, IO 口的状态由上拉电阻拉高电平,但由于是开漏输出模式,这样 IO 口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读 IO 输入电平变化,实现 C51 的 IO 双向功能
(6)推挽输出_OUT_PP ——IO 输出 0-接 GND, IO 输出 1 -接 VCC,读输入值是未知的
(7)复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能(I2C 的 SCL,SDA)
(8)复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能(TX1,MOSI,MISO.SCK.SS)

通常有 5 种方式使用某个引脚功能,它们的配置方式如下:
1)作为普通 GPIO 输入:根据需要配置该引脚为浮空输入、 带弱上拉输入或带弱下拉输入,同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
2)作为普通 GPIO 输出:根据需要配置该引脚为推挽输出或开漏输出,同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
3)作为普通模拟输入:配置该引脚为模拟输入模式,同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
4)作为内置外设的输入:根据需要配置该引脚为浮空输入、 带弱上拉输入或带弱下拉输入,同时使能该引脚对应的某个复用功能模块。
5)作为内置外设的输出:根据需要配置该引脚为复用推挽输出或复用开漏输出,同时使能该引脚对应的所有复用功能模块。

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