MCU通用输入输出端口(GPIO)输出模式

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对于常规MCU，通用输入输出（GPIO）是其最基本、最常用的功能，用于实现最基本的数字量输入和输出。

信号一般为：

• 以3.3VDC为高电平的LTTL电平
• 以5.0VDC为高电平的TTL电平。

一般情况下，GPIO能够实现两种输出模式：

• 开漏输出
• 推挽输出。

其中最常用的是推挽输出模式。

原理图如下：

开漏输出与推挽输出在外部链接上的区别

开漏输出需要外接一个上拉电阻才能得到输出电压，否则就不会有电压输出，而推挽输出可以直接得到输出信号。

下面举例一些需要使用开漏输出的情况：

• 在使用IIC（TWI）总线进行信号传输的时候，由于协议的设计，必须使用开漏模式来输出信号，这样可以避免总线上多个设备传输信号产生冲突。
• 在LTTL（3.3VDC）电平电路中，当需要输出TTL（5VDC）电平的时候，由于5VDC电压高于LTTL电平所在电路的电源电压，所以即便是LTTL电平电路中的I\O引脚可以承受TTL电平，但LTTL电平电路也无法提供足够高的电压来输出TTL电平信号。此时可以利用外部上拉电阻将输出引脚连接到5.0VDC电源上，使这些引脚向以TTL电平工作的芯片传输数据。

推挽输出电路

来看一个典型的推挽输出电路：

上面的三极管是NPN型三极管，下面的三极管是PNP型三极管，注意控制端、输入端和输出端。

当Vin电压为V+时，上面的N型三极管控制端有电流输入，Q3导通，于是电流从上往下通过，提供电流给负载。

经过上面的N型三极管提供电流给负载（Rload），这就叫「推」。

当Vin电压为V-时，下面的三极管有电流流出，Q4导通，有电流从上往下流过。

经过下面的P型三极管提供电流给负载（Rload），这就叫「挽」。

以上便是推挽（push-pull）电路。

一些总结

• 1） 推挽输出能够输出高或者低，而开漏输出只能输出低，或者关闭输出，因此开漏输出总是要配一个上拉电阻使用。

• 2） 开漏输出的上拉电阻不能太小，太小的话，当开漏输出的下管导通时，电源到地的电压在电阻上会造成很大的功耗，因此这个电阻阻值通常在10k以上，这样开漏输出在从输出低电平切换到高电平时，速度很慢。

• 3） 推挽输出任意时刻的输出要么是高，要么是低，所以不能将多个输出短接；而开漏输出可以将多个输出短接，共用一个上拉，此时这些开漏输出的驱动其实是或非的关系。

• 4） 推挽输出输出高时，其电压等于推挽电路的电源，通常为一个定值，而开漏输出的高取决于上拉电阻接的电压，不取决于前级电压，所以经常用来做电平转换，用低电压逻辑驱动高电压逻辑。

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                                       2018.08.07

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