GPIO電路圖與上拉電阻的作用（附詳細(xì)分析）

GPIO口的定義：

GPIO口，通用輸入輸出，這個(gè)大家都知道，但是輸入，輸出的電路是什么樣的，其實(shí)并不用太關(guān)心，只需配置寄存器即可，但是還是要摸一摸，為了方便理解，引入了單片機(jī)的IO口原理圖來(lái)說(shuō)明(道理是一樣的)。

認(rèn)識(shí)電路：

一、普通IO口

如上圖所示(紅色框是板子內(nèi)部)

1、基級(jí)(②位置)為低電平時(shí)，PNP導(dǎo)通,此時(shí)單片機(jī)IO口輸出的是低電平，當(dāng)基級(jí)(②位置)為高電平時(shí)，PNP導(dǎo)通，此時(shí)單片機(jī)IO口輸出的是高電平。

2、這里注意，④位置上是一個(gè)上拉電阻，這里設(shè)置上拉電阻的考慮因素是這樣的，假設(shè)我要在這個(gè)單片機(jī)IO口輸出一個(gè)電流來(lái)驅(qū)動(dòng)小燈發(fā)亮，①的位置電阻一般有20k左右，發(fā)出的電流250uA，基本上忽略不計(jì)，加上一個(gè)上拉電阻后，總電流 = ①位置電流 + ④位置電流(①與④構(gòu)成并聯(lián)電路)。

3、為什么不設(shè)置讓?zhuān)俚奈恢秒娮鑂小一點(diǎn),這樣電流大一點(diǎn)，就不需要上拉電阻了呢？因?yàn)閱纹瑱C(jī)是控制單元，設(shè)計(jì)時(shí)最好把強(qiáng)電流設(shè)計(jì)到外圍電路里，如果設(shè)計(jì)到單片機(jī)內(nèi)部，會(huì)燒壞板子。

這里體現(xiàn)出上拉電阻的其中一個(gè)作用--->加大電流，加強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)的能力

二、強(qiáng)推挽輸出:

(意思就是說(shuō)能輸入輸出大電流,前面已經(jīng)說(shuō)了單片機(jī)內(nèi)部最好不要設(shè)計(jì)大的電流,所以這個(gè)功能的IO要少用)

1、內(nèi)部總線輸入高電平, 上面的NPN導(dǎo)通，則IO口輸出大電流(因?yàn)樯厦娴娜龢O管VCC電源下面沒(méi)有接上拉電阻,  I = VCC/電阻+NPN內(nèi)部電阻)，所以IO出口的地方一般接一個(gè)電阻限流內(nèi)部總線輸如低電平, 下面的NPN導(dǎo)通，則此時(shí)如果IO口外面接一個(gè)VCC(不帶上拉電阻)，就會(huì)有大電流灌輸進(jìn)來(lái)。

這里體現(xiàn)了上拉電阻的另一個(gè)作用--->限流

三、開(kāi)漏級(jí)OC門(mén)：

什么叫IO口的開(kāi)漏狀態(tài)，如上圖所示 如果內(nèi)線是高電平，則NPN的基級(jí)是低電平，此時(shí)NPN不導(dǎo)通，那么IO口此時(shí)相當(dāng)于是懸浮在空氣中的，所以無(wú)法確定它的狀態(tài)(不知道是低電平還是高電平)，那么這個(gè)狀態(tài)就是開(kāi)漏狀態(tài)，所以此時(shí)要向外圍電路輸出一個(gè)高電平是不可能的，如果想輸出一個(gè)高電平，則必須在NPN的集電極上面來(lái)一個(gè)上拉電阻。

這時(shí)又體現(xiàn)出上拉的一個(gè)作用：就是將不確定的信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻嵌位(保持)在一個(gè)高電平上，下拉同理。

這里對(duì)于OC門(mén)還有一個(gè)應(yīng)用，可以控制高電位的電路，如果外圍電路需要大的電壓，則可以用OC門(mén)加上拉電阻來(lái)完成這個(gè)功能，如下圖所示, 當(dāng)內(nèi)部總線為高電平，則NPN截止，最右邊加一個(gè)12v的上拉電阻，使得電位鉗在12v供外圍電路使用。

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