[经验]

GPIO各种配置模式

2024-7-24 07:29:56

147 GPIO

这是我个人总结的GPIO各种配置模式，还请大佬们看一下是否有差错，请大佬们斧正。
输入模式：
GPIO输入模式是指将GPIO引脚配置为接收外部信号的状态。在输入模式下，引脚可以读取外部设备 的电平状态（高电平或低电平），并将其转换为单片机内部可以识别的数字信号。
输出模式：

GPIO输出模式是指将GPIO引脚配置为输出数字信号的状态。在输出模式下，单片机可以控制引脚输出高电平或低电平信号，从而控制外部设备 的工作状态。
1. 输入浮空

输入浮空是指GPIO引脚没有连接到任何外部电路，既没有上拉也没有下拉，当没有外部信号产生时其状态不确定，当有外部信号产生时电平由外部信号决定。
2. 输入上拉

定义：输入上拉是指GPIO引脚内部连接了一个上拉电阻到电源电压。
设计原因：确保在没有外部信号驱动时，引脚保持高电平状态，减少噪声和干扰的影响。
作用：用于确保在无信号或弱信号输入时，引脚不会处于不确定状态，提高信号的抗干扰能力。
（P：相比较浮空模式，当外接电阻过大时，可能存在弱上拉，输出高电平能力不够。）
3. 输入下拉

定义：输入下拉是指GPIO引脚内部连接了一个下拉电阻到地。
设计原因：确保在没有外部信号驱动时，引脚保持低电平状态，减少噪声和干扰的影响。
作用：用于确保在无信号或弱信号输入时，引脚不会处于不确定状态，提高信号的抗干扰能力。
（P：相比较浮空模式，当外接电阻过大时，可能存在弱下拉，输出低电平能力不够。）
4. 模拟输入

模拟输入是指能够接收连续变化的模拟信号的输入端口。这些信号可以是电压、电流或其他形式的物理量。模拟输入通常需要一个放大器或前置放大器来放大和调理信号，以便于后续电路进行处理。
5. 开漏输出

定义：开漏输出是指GPIO引脚只能输出低电平或处于高阻态（既不是高电平也不是低电平，而是一种特殊的中间状态），不能直接输出高电平。
设计：通过使用NMOS晶体管，当晶体管导通时，引脚连接到地；当晶体管截止时，引脚处于高阻态。
设计原因：允许多个开漏输出引脚连接到同一线上，实现线与功能。
作用：用于需要多个信号源共同控制一条线的场景，或者需要外部上拉电阻来决定高电平的场合。（当多个信号源控制，只有由一个设备输出低电平，这条总线就输出低电平。）
上升沿延时：开漏输出由于需要外部上拉电阻来产生高电平，因此会引入上升沿延时。延时的大小取决于上拉电阻的阻值。
功耗问题：当上拉电阻选择小阻值时，虽然可以减小上升沿延时，但会增加功耗。反之，选择大阻值时，虽然功耗降低，但延时增加。
输出能力受限：开漏输出的输出能力相对较弱，特别是当负载消耗电流较大时，可能需要额外的驱动电路来增强输出能力。
6. 推挽式输出

定义：推挽式输出是指GPIO引脚能够直接输出高电平和低电平。
设计：通过使用一个NPN晶体管和一个PNP晶体管，分别用于输出低电平和高电平。
设计原因：提供足够的电流来直接驱动负载，无需外部上拉或下拉。
作用：用于直接驱动LED、继电器、马达等负载。
信号源冲突：当有多个信号源，并且信号源输出的电平本系统则会导致电路短路。
7. 推挽式复用功能

定义：推挽式复用功能是指GPIO引脚可以在不同的功能之间切换，如输入、输出或其他特定功能。
设计：通过内部多路复用器（MUX）来选择引脚的功能。
设计原因：为了节省引脚数量，提高IC的集成度。
作用：允许单个引脚执行多个任务，减少硬件资源的使用。
8. 开漏复用功能

定义：开漏复用功能是指GPIO引脚可以在开漏输出和其他功能之间切换。
设计：与推挽式复用类似，但输出部分使用开漏结构。
为什么这样设计：为了在需要多个信号源共同控制一条线时，还能实现引脚功能的复用。
作用：允许引脚在开漏输出和其他功能（如输入、模拟输入等）之间灵活切换。

本主题由 Harmony技术专家于 2024-7-24 14:33 审核通过