一文看懂GPIO電路圖以及上拉電阻的作用

2020-11-24 電子工程專輯


GPIO口，通用輸入輸出，這個大家都知道，但是輸入，輸出的電路是什麼樣的，其實並不用太關心，只需配置寄存器即可，但是還是要摸一摸，為了方便理解，引入了單片機的IO口原理圖來說明(道理是一樣的)。
1、基級(②位置)為低電平時，PNP導通,此時單片機IO口輸出的是低電平，當基級(②位置)為高電平時，PNP導通，此時單片機IO口輸出的是高電平。
2、這裡注意，④位置上是一個上拉電阻，這裡設置上拉電阻的考慮因素是這樣的，假設我要在這個單片機IO口輸出一個電流來驅動小燈發亮，①的位置電阻一般有20k左右，發出的電流250uA，基本上忽略不計，加上一個上拉電阻後，總電流 = ①位置電流 + ④位置電流(①與④構成並聯電路)。
3、為什麼不設置讓，①的位置電阻R小一點,這樣電流大一點，就不需要上拉電阻了呢？因為單片機是控制單元，設計時最好把強電流設計到外圍電路裡，如果設計到單片機內部，會燒壞板子。
這裡體現出上拉電阻的其中一個作用--->加大電流，加強了驅動的能力
意思就是說能輸入輸出大電流,前面已經說了單片機內部最好不要設計大的電流,所以這個功能的IO要少用
1、內部總線輸入高電平, 上面的NPN導通，則IO口輸出大電流(因為上面的三極體VCC電源下面沒有接上拉電阻,  I = VCC/電阻+NPN內部電阻)，所以IO出口的地方一般接一個電阻限流內部總線輸如低電平, 下面的NPN導通，則此時如果IO口外面接一個VCC(不帶上拉電阻)，就會有大電流灌輸進來。
什麼叫IO口的開漏狀態，如上圖所示 如果內線是高電平，則NPN的基級是低電平，此時NPN不導通，那麼IO口此時相當於是懸浮在空氣中的，所以無法確定它的狀態(不知道是低電平還是高電平)，那麼這個狀態就是開漏狀態，所以此時要向外圍電路輸出一個高電平是不可能的，如果想輸出一個高電平，則必須在NPN的集電極上面來一個上拉電阻。
這時又體現出上拉的一個作用：就是將不確定的信號通過一個電阻嵌位(保持)在一個高電平上，下拉同理。
這裡對於OC門還有一個應用，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門加上拉電阻來完成這個功能，如下圖所示, 當內部總線為高電平，則NPN截止，最右邊加一個12v的上拉電阻，使得電位鉗在12v供外圍電路使用。


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