管腳復用功能之 上拉、下拉、模擬、浮空輸入；推挽、開漏、復用輸出

0.三極管基礎

　　要理解推挽輸出，首先要理解好三極管（晶體管）的原理。下面這種三極管有三個端口，分別是基極（Base）、集電極（Collector）和發射極（Emitter），下圖是NPN型晶體管。

　　NPN型晶體管-1，這種三極管是電流控制型元器件，注意關鍵詞電流控制。意思就是說，只要基極B有輸入（或輸出）電流就可以對這個晶體管進行控制了。當控制端有電流輸入的時候，就會有電流從輸入端進入並從輸出端流出。

　　PNP管正好相反，當有電流從控制端流出時，就會有電流從輸入端流到輸出端。

　　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鉗位在高電平！電阻同時起限流作用！強弱只是上拉電阻的阻值不同，沒有什么嚴格區分。

　　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既不接高電平，也不接低電平。由於邏輯器件的內部結構，當它輸入引腳空閑時，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么都不

接，浮空着。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，讀取該端口的電平是不確定的。

　　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的二進制信號，通過模數轉換，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.推挽輸出：可以輸出高、低電平，連接數字器件；

　　推挽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至。高低電平由IC的電源決定。推挽電路是兩個參數相同的三極管或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，兩只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。

　　來看一個典型的推挽輸出電路：

　　推挽輸出電路

　　上面的三極管是N型三極管，下面的三極管是P型三極管，請留意控制端、輸入端和輸出端。當Vin電壓為V+時，上面的N型三極管控制端有電流輸入，Q3導通，於是電流從上往下通過，提供電流給負載。

　　推挽輸出電路-推電流，經過上面的N型三極管提供電流給負載（Rload），這就叫「推」。

　　當Vin電壓為V-時，下面的三極管有電流流出，Q4導通，有電流從上往下流過。

　　推挽輸出電路-挽電流

　　經過下面的P型三極管提供電流給負載（Rload），這就叫「挽」。以上，這就是推挽（push-pull）電路。

 

　　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）。

　　6.1 開集電路

　　如圖，開集的意思，就是集電極C一端什么都不接，直接作為輸出端口。如果要用這種電路帶一個負載，比如一個LED，必須接一個上拉電阻，就像下圖這樣。

　　開集電路-帶負載，當Vin沒有電流，Q5斷開時，LED亮；當Vin流入電流，Q5導通時，LED滅。

 

　　6.2 開漏電路，就是把上圖中的三極管換成場效應管（MOSFET）。這樣集電極就變成了漏極，OC就變成了OD，原理分析是一樣的。N型場效應管各個端口的名稱：（柵極：Grid / 漏極：Drain / 源極：Source）

　　6.3 場效應管

　　場效應管是電壓控制型元器件，只要對柵極施加電壓，DS就會導通。結型場效應管有一個特性就是它的輸入阻抗非常大，這意味着：沒有電流從控制電路流出，也沒有電流進入控制電路。沒有電流流入或流出，就不會燒壞控制電路。而雙

極型晶體管不同，是電流控制性元器件，如果使用開集電路，可能會燒壞控制電路。這大概就是我們總是聽到開漏電路而很少聽到開集電路的原因吧？因為開集電路被淘汰了。

　　可以利用改變上拉電源的電壓，改變傳輸電平。如圖2-2, IC的邏輯電平由電源Vcc1決定，而輸出高電平則由Vcc2（上拉電阻的電源電壓）決定。這樣我們就可以用低電平邏輯控制輸出高電平邏輯了（這樣你就可以進行任意電平的轉換）。（例

如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS電平輸出等。）

　　開漏電路就是指以MOSFET的漏極為輸出的電路。一般的用法是會在漏極外部的電路添加上拉電阻。完整的開漏電路應該由開漏器件和開漏上拉電阻組成。如下圖2-1所示：

　　7、復用輸入：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）。端口必須配置成復用功能輸出模式（推挽或開漏）

 

推挽輸出和開漏輸出的區別

　　推挽輸出，可以輸出高電平，連接數字器件：

　　輸出0時，N-MOS導通，P-MOS高阻，輸出0。

　　輸出1時，N-MOS高阻，P-MOS高阻，輸出1；（不需要外部上拉電阻）

 

　　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才行，適合做電流型驅動；

　　輸出0時，N-MOS導通，P-MOS不被激活，輸出0；

　　輸出1時，N-MOS高阻，P-MOS不被激活，輸出1（需要外部上拉電阻）；可以讀IO輸入電平變化，此模式可以把端口作為雙向IO使用；

 

轉自：https://www.zhihu.com/question/28512432/answer/41217074