上拉輸入、下拉輸入、模擬輸入、浮空輸入、推輓輸出、開漏輸出、複用輸出的區別

關於上拉輸入、下拉輸入、模擬輸入、浮空輸入、推輓輸出、開漏輸出、複用輸出的區別

1、上拉輸入:上拉就是把電位拉高,比如拉到Vcc。上拉就是將不確定的信號通過一個電阻嵌位在高電平!電阻同時起限流作用!弱強只是上拉電阻的阻值不同,沒有什麼嚴格區分。

2、下拉輸入:就是把電壓拉低,拉到GND。與上拉原理相似。

3、浮空輸入:浮空(floating)就是邏輯器件的輸入引腳即不接高電平,也不接低電平。由於邏輯器件的內部結構,當它輸入引腳懸空時,相當於該引腳接了高電平。一般實際運用時,引腳不建議懸空,易受干擾。 通俗講就是讓管腳什麼都不接,浮空着。

4、模擬輸入:模擬輸入是指傳統方式的輸入.數字輸入是輸入PCM數字信號,即0,1的二進制數字信號,通過數模轉換,轉換成模擬信號,經前級放大進入功率放大器,功率放大器還是模擬的。

5、推輓輸出:可以輸出高,低電平,連接數字器件; 推輓結構一般是指兩個三極管分別受兩互補信號的控制,總是在一個三極管導通的時候另一個截止。高低電平由IC的電源低定。

6、開漏輸出:輸出端相當於三極管的集電極. 要得到高電平狀態需要上拉電阻纔行. 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).

7、複用輸出:可以理解爲GPIO口被用作第二功能時的配置情況(即並非作爲通用IO口使用)。端口必須配置成複用功能輸出模式(推輓或開漏)。

 

在STM32中選用IO模式,下面是參考網上的總結一下。

(1)GPIO_Mode_AIN模擬輸入---應用ADC模擬輸入,或者低功耗下省電

(2)GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空輸入---可以做KEY識別

(3)GPIO_Mode_IPD 下拉輸入--- IO內部下拉電阻輸入

(4)GPIO_Mode_IPU 上拉輸入---IO內部上拉電阻輸入

(5)GPIO_Mode_Out_OD 開漏輸出---IO輸出0GNDIO輸出1,懸空,需要外接上拉電阻,才能實現輸出高電平。當輸出爲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爲低電平或不變。可以讀IO輸入電平變化,實現C51IO雙向功能
(6)GPIO_Mode_Out_PP 推輓輸出---IO輸出0-GND, IO輸出1 -VCC,讀輸入值是未知的
(7)GPIO_Mode_AF_OD 複用開漏輸出---片內外設功能(TX1,MOSI,MISO.SCK.SS
(8)GPIO_Mode_AF_PP 複用推輓輸出---片內外設功能(I2CSCL,SDA

 

1.推輓輸出

可以輸出高、低電平,連接數字器件;推輓結構一般是指兩個三極管分別受兩個互補信號的控制,總是在一個三極管導通的時候另一個截止。高低電平由IC的電源決定。
推輓電路是兩個參數相同的三極管或MOSFET,以推輓方式存在於電路中,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一個導通,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。
2.開漏輸出

輸出端相當於三極管的集電極,要得到高電平狀態需要上拉電阻纔行。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流經上拉電阻、MOSFET到GND。IC內部僅需很小的柵極驅動電流。

2、一般來說,開漏是用來連接不同電平的器件,匹配電平用的,因爲開漏引腳不連接外部的上拉電阻時,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,很好的一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、開漏輸出提供了靈活的輸出方式,但是也有其弱點,就是帶來上升沿的延時。因爲上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連接到一條線上。通過一隻上拉電阻,在不增加任何器件的情況下,形成“與邏輯”關係,即“線與”。可以簡單的理解爲:在所有引腳連在一起時,外接一上拉電阻,如果有一個引腳輸出爲邏輯0,相當於接地,與之並聯的迴路“相當於被一根導線短路”,所以外電路邏輯電平便爲0,只有都爲高電平時,與的結果才爲邏輯1。

關於推輓輸出和開漏輸出,最後用一幅最簡單的圖形來概括:該圖中左邊的便是推輓輸出模式,其中比較器輸出高電平時下面的PNP三極管截止,而上面NPN三極管導通,輸出電平VS+;當比較器輸出低電平時則恰恰相反,PNP三極管導通,輸出和地相連,爲低電平。右邊的則可以理解爲開漏輸出形式,需要接上拉。

 

關於上拉輸入、下拉輸入、模擬輸入、浮空輸入、推輓輸出、開漏輸出、複用輸出的區別


 3.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

 

關於上拉輸入、下拉輸入、模擬輸入、浮空輸入、推輓輸出、開漏輸出、複用輸出的區別

 

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,我理解爲浮空輸入狀態下,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,讀取該端口的電平是不確定的。
4.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。
5.複用開漏輸出、複用推輓輸出

可以理解爲GPIO口被用作第二功能時的配置情況(即並非作爲通用IO口使用)
6.總結在STM32中選用IO模式

1、浮空輸入GPIO_IN_FLOATING ——浮空輸入,可以做KEY識別,RX1
2、帶上拉輸入GPIO_IPU——IO內部上拉電阻輸入
3、帶下拉輸入GPIO_IPD——IO內部下拉電阻輸入
4、模擬輸入GPIO_AIN——應用ADC模擬輸入,或者低功耗下省電
5、開漏輸出GPIO_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。當輸出爲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爲低電平或不變。可以讀IO輸入電平變化,實現C51的IO雙向功能
6、推輓輸出GPIO_OUT_PP——IO輸出0-接GND,IO輸出1 -接VCC,讀輸入值是未知的
7、複用功能的推輓輸出GPIO_AF_PP——片內外設功能(I2C的SCL,SDA)
8、複用功能的開漏輸出GPIO_AF_OD——片內外設功能(TX1,MOSI,MISO.SCK.SS)

7.STM32設置實例

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默認是高電平;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;
8.通常有5種方式使用某個引腳功能,它們的配置方式如下:

1、作爲普通GPIO輸入:根據需要配置該引腳爲浮空輸入、帶弱上拉輸入或帶弱下拉輸入,同時不要使能該引腳對應的所有複用功能模塊。
2、作爲普通GPIO輸出:根據需要配置該引腳爲推輓輸出或開漏輸出,同時不要使能該引腳對應的所有複用功能模塊。
3、作爲普通模擬輸入:配置該引腳爲模擬輸入模式,同時不要使能該引腳對應的所有複用功能模塊。
4、作爲內置外設的輸入:根據需要配置該引腳爲浮空輸入、帶弱上拉輸入或帶弱下拉輸入,同時使能該引腳對應的某個複用功能模塊。
5、作爲內置外設的輸出:根據需要配置該引腳爲複用推輓輸出或複用開漏輸出,同時使能該引腳對應的所有複用功能模塊。

注意如果有多個複用功能模塊對應同一個引腳,只能使能其中之一,其它模塊保持非使能狀態。比如要使用STM32F103VBT6的47、48腳的USART3功能,則需要配置47腳爲複用推輓輸出或複用開漏輸出,配置48腳爲某種輸入模式,同時使能USART3並保持I2C2的非使能狀態。如果要使用STM32F103VBT6的47腳作爲TIM2_CH3,則需要對TIM2進行重映射,然後再按複用功能的方式配置對應引腳。

 

文章來源:http://blog.sina.com.cn/s/blog_bf63e2650102wihq.html

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