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  • 上拉输入和下拉输入 上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平,电阻同时起限流作用。下拉同理,也是将不确定的信号通过一个电阻钳位在低电平。如果没有上拉/下拉电阻,在没有外界输入的情况下输入端是悬空的...

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    分节整理自网络。

    上拉输入和下拉输入

    上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平,电阻同时起限流作用。下拉同理,也是将不确定的信号通过一个电阻钳位在低电平。如果没有上拉/下拉电阻,在没有外界输入的情况下输入端是悬空的,它的电平是未知的。
    强弱(强上拉、弱上拉、强下拉、弱下拉)只是上拉电阻的阻值不同,没有什么严格区分。

    以下两图引自https://www.dgzj.com/dianzi/96971.html

    上拉电阻加到VCC。
    在这里插入图片描述
    下拉电阻加到GND。
    在这里插入图片描述

    上拉电阻寄存器

    一般的单片机都会有配上拉电阻寄存器,不过它们配置的不是单片机IO口的外部上拉电阻,而是内部的上拉电阻。

    那么为什么一些单片机IO口明明内部配有上拉电阻,还要外接上拉电阻呢?
    这是因为内部上拉电阻比较大,驱动能力小,在io口再上拉一次可以增加驱动能力,当然功耗也会更高。当然也有可能该IO口内部没有上拉电阻。

    拉电流和灌电流

    转自https://blog.csdn.net/zhangfan406/article/details/81909436 灌电流和拉电流简介

    拉电流和灌电流是衡量电路输出驱动能力的参数。
    灌电流(sink current),对一个端口而言,如果电流方向是向其内部流动的则是“灌电流。
    拉电流(sourcing current),对一个端口而言,如果电流方向是向其外部流动的则是“拉电流”。

    由于数字电路的输出只有高、低(0,1)两种电平值,高电平输出时,一般是输出端对负载提供电流,其提供电流的数值叫“拉电流”;低电平输出时,一般是输出端要吸收负载的电流,其吸收电流的数值叫“灌(入)电流”。

    推挽输出

    推挽输出(Push–pull output)是一种使用一对选择性地从相连负载灌电流或者拉电流的器件的电路。推挽输出的最大特点是可以真正的输出高电平和低电平,在两种电平下都具有驱动能力。

    推挽电路使用两个参数相同的三极管或MOSFET,以推挽方式(图腾柱方式)存在于电路中。电路工作时,两只对称的开关管每次只有一个导通,所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流,也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力,又提高开关速度。
    在这里插入图片描述
    当内部输出1电平时,上边的MOS管导通同时下边的MOS管截止,IO口输出高电平。
    当内部输出0电平时,上边的MOS管截至同时下边的MOS管导通,IO口输出低电平。

    由于推挽输出模式可以不需要外部辅助电路就可以直接输出高低电平,所以可以用于直接控制数字电路。
    缺点:推挽输出的电平是CPU的逻辑电平,所以电压值是固定的。

    开漏输出

    对于开漏输出和推挽输出的区别最普遍的说法就是开漏输出无法真正输出高电平,即高电平时没有驱动能力,需要借助外部上拉电阻完成对外驱动。
    在这里插入图片描述
    开漏输出模式下,通过外部电源实现高低电平,这个外部电源不需要跟CPU的电平完全一致,对于一些外围器件,如果其电平与CPU不同,只需要上拉对应的电平电源即可,一般应用在I2C、SMBUS通讯等需要“线与”功能的总线电路中。

    部分内容引用自https://blog.csdn.net/u012351051/article/details/104409272 理解CPU的 推免、开漏输出以及应用场景

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  • 以前GPIO接的电路都是低电平触发的那种,新画了个板子有一个按键设计的是高电平触发,结果IO口设置成上拉输入后,怎么读都不正确,按键电路1。无奈只能去调试一下,发现当设置为上拉输入后,其ODR(GPIO输出...
  • 上拉和下拉

    2019-08-10 21:43:17
    如果上升沿触发,就必须设为内部下拉输入或者设为浮空输入外部接下拉电阻。 上拉电阻与下拉电阻可在管脚输入电压的情况下使用。 集成电路的管脚设定为输入状态时,如果管脚悬空(1),易受静电等外界干扰,可能会...

    管脚用来做外部中断触发,如果是下降沿触发,就必须设为内部上拉输入或者设为浮空输入外部接上拉电阻;如果上升沿触发,就必须设为内部下拉输入或者设为浮空输入外部接下拉电阻。

    上拉电阻与下拉电阻可在管脚输入电压的情况下使用。

    因此在管脚为输入状态时,一般将管脚通过一电阻上拉至高电平或下拉至低电平作为引脚输入电压的默认值。其简化电路图如图2所示(假设默认的输入电压为高电平)。
    什么叫做输入状态?就是外部电路给p0.1施加的电压是高还是低!
    默认给他一个电平,一旦外部电路给他一个相反的电平,那么就能捕捉外部输入的状态!
    为什么加上拉电阻?
    集成电路的管脚设定为输入状态时,如果管脚悬空(图1),易受静电等外界干扰,可能会引起内部电路的不正常工作。这里电阻起到钳位的作用。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    当管脚P0.1悬空或接高电平时,其输入值为高电平,当管脚P0.1接低电平时,其输入值为低电平。此时电阻R1就是上拉电阻。
    试想,如果没有这个电阻,该电路可以正常运行吗?结果当然是否定的,如图3所示,由于外电路与集成电路共地,当外电路接入管脚P0.1为低电平时,会造成电源短路,所以上拉电阻在电路中还起到钳位与限流的作用。
    在这里插入图片描述
    同理,输入电压默认为低电平的情况如图4所示。此时R1为下拉电阻。
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

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  • 以及上拉输入、下拉输入、浮空输入、模拟输入的区别 最近在看数据手册的时候,发现在Cortex-M3里,对于GPIO的配置种类有8种之多: (1)GPIO_Mode_AIN 模拟输入 (2)GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入 (3)GPIO_...

    以及上拉输入、下拉输入、浮空输入、模拟输入的区别

    最近在看数据手册的时候,发现在Cortex-M3里,对于GPIO的配置种类有8种之多:

    (1)GPIO_Mode_AIN 模拟输入
    (2)GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
    (3)GPIO_Mode_IPD 下拉输入
    (4)GPIO_Mode_IPU 上拉输入
    (5)GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
    (6)GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
    (7)GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
    (8)GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出
    对于刚入门的新手,我想这几个概念是必须得搞清楚的,平时接触的最多的也就是推挽输出、开漏输出、上拉输入这三种,但一直未曾对这些做过归纳。因此,在这里做一个总结:

    推挽输出:可以输出高,低电平,连接数字器件; 推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源低定。

    推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时,两只对称的功率开关管每次只有一个导通,所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流,也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力,又提高开关速度。

    详细理解:

    2


    如图所示,推挽放大器的输出级有两个“臂”(两组放大元件),一个“臂”的电流增加时,另一个“臂”的电流则减小,二者的状态轮流转换。对负载而言,好像是一个“臂”在推,一个“臂”在拉,共同完成电流输出任务。当输出高电平时,也就是下级负载门输入高电平时,输出端的电流将是下级门从本级电源经VT3拉出。这样一来,输出高低电平时,VT3 一路和 VT5 一路将交替工作,从而减低了功耗,提高了每个管的承受能力。又由于不论走哪一路,管子导通电阻都很小,使RC常数很小,转变速度很快。因此,推拉式输出级既提高电路的负载能力,又提高开关速度。

    开漏输出:输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内).

    开漏形式的电路有以下几个特点:

    1. 利用外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时,驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up ,MOSFET到GND。IC内部仅需很下的栅极驱动电流。

    2. 一般来说,开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的,因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时,只能输出低电平,如果需要同时具备输出高电平的功能,则需要接上拉电阻,很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压,便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。(上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度 。阻值越大,速度越低功耗越小,所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。

    3. OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式,但是也有其弱点,就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电,所以当电阻选择小时延时就小,但功耗大;反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求,则建议用下降沿输出。

    4. 可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。通过一只上拉电阻,在不增加任何器件的情况下,形成“与逻辑”关系。这也是I2C,SMBus等总线判断总线占用状态的原理。补充:什么是“线与”?:

    在一个结点(线)上, 连接一个上拉电阻到电源 VCC 或 VDD 和 n 个 NPN 或 NMOS 晶体管的集电极 C 或漏极 D, 这些晶体管的发射极 E 或源极 S 都接到地线上, 只要有一个晶体管饱和, 这个结点(线)就被拉到地线电平上. 因为这些晶体管的基极注入电流(NPN)或栅极加上高电平(NMOS),晶体管就会饱和, 所以这些基极或栅极对这个结点(线)的关系是或非 NOR 逻辑. 如果这个结点后面加一个反相器, 就是或 OR 逻辑.

    其实可以简单的理解为:在所有引脚连在一起时,外接一上拉电阻,如果有一个引脚输出为逻辑0,相当于接地,与之并联的回路“相当于被一根导线短路”,所以外电路逻辑电平便为0,只有都为高电平时,与的结果才为逻辑1。

    关于推挽输出和开漏输出,最后用一幅最简单的图形来概括:


    该图中左边的便是推挽输出模式,其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止,而上面NPN三极管导通,输出电平VS+;当比较器输出低电平时则恰恰相反,PNP三极管导通,输出和地相连,为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式,需要接上拉。

    浮空输入:对于浮空输入,一直没找到很权威的解释,只好从以下图中去理解了

     

    由于浮空输入一般多用于外部按键输入,结合图上的输入部分电路,我理解为浮空输入状态下,IO的电平状态是不确定的,完全由外部输入决定,如果在该引脚悬空的情况下,读取该端口的电平是不确定的。

    上拉输入/下拉输入/模拟输入:这几个概念很好理解,从字面便能轻易读懂。

    复用开漏输出、复用推挽输出:可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况(即并非作为通用IO口使用)

    最后总结下使用情况:

    在STM32中选用IO模式
    (1) 浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入,可以做KEY识别,RX1
    (2)带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入
    (3)带下拉输入_IPD—— IO内部下拉电阻输入
    (4) 模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入,或者低功耗下省电
    (5)开漏输出_OUT_OD ——IO输出0接GND,IO输出1,悬空,需要外接上拉电阻,才能实现输出高电平。当输出为1时,IO口的状态由上拉电阻拉高电平,但由于是开漏输出模式,这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化,实现C51的IO双向功能
    (6)推挽输出_OUT_PP ——IO输出0-接GND, IO输出1 -接VCC,读输入值是未知的
    (7)复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能(I2C的SCL,SDA)
    (8)复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能(TX1,MOSI,MISO.SCK.SS)
    STM32设置实例:
    (1)模拟I2C使用开漏输出_OUT_OD,接上拉电阻,能够正确输出0和1;读值时先GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);拉高,然后可以读IO的值;使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0);
    (2)如果是无上拉电阻,IO默认是高电平;需要读取IO的值,可以使用带上拉输入_IPU和浮空输入_IN_FLOATING和开漏输出_OUT_OD;    

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  • 上拉和下拉的解释

    万次阅读 多人点赞 2018-09-08 16:36:28
    本质:上拉是对器件注入电流,下拉是输出电流 2.上下电阻接线方法 上拉电阻接线方法 电阻R12将KEY1网路标识上拉到高电平,在按键s2没有按下的情况下key1将被钳制在高电平,从而避免了引脚悬空而引起的误动...

    1.什么是上下拉电阻?

    上拉电阻:把一个不确定的信号通过电阻连接到高电平,是电信号初始化为高电平。

    下拉电阻:把一个不确定的信号通过电阻连接到地,使电信号初始为低电平。

    本质:上拉是对器件注入电流,下拉是输出电流

    2.上下拉电阻接线方法

    上拉电阻接线方法

    电阻R12将KEY1网路标识上拉到高电平,在按键s2没有按下的情况下key1将被钳制在高电平,从而避免了引脚悬空而引起的误动作。

    下拉电阻接线方法

    这里电阻R29将DIR下拉到低电平,在光耦没有导通的情况下DIR将被钳制在低电平,从而避免了引脚悬空而引起的误动作。

    3.作用解释

    提高电路稳定性,避免引起误动作。第一图中的按键如果不通过电阻上拉到高电平,那么在上电瞬间可能就发生误动作,因为在上电瞬间单片机的引脚电平是不确定的,上拉电阻R12的存在保证了其引脚处于高电平状态,而不会发生误动作。

    提高输出管脚的带载能力。受其他外围电路的影响单片机在输出高电平时能力不足,达不到VCC状态,这会影响整个系统的正常工作,上拉电阻的存在就可以使管脚的驱动能力增强。这里特别强调如下:带片上I2C资源的单片机,其SCL和SDA引脚是开漏引脚,如果当做普通的GPIO来用的话,你会发现该引脚输出高电平极不稳定甚至因为负载的关系都无法正常输出高电平,这时候就需要在这两个引脚上加上拉电阻了。

    4.参考文献

     

    1. 佚名. 单片机上拉电阻、下拉电阻的详解和选取[EB/OL]. http://www.51hei.com/mcu/3953.html.
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  • 以及上拉输入、下拉输入、浮空输入、模拟输入的区别 最近在看数据手册的时候,发现在Cortex-M3里,对于GPIO的配置种类有8种之多: (1)GPIO_Mode_AIN 模拟输入 (2)GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入 (3)GPIO_...
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  • 上拉下拉电阻的原理作用

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空空如也

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上拉和下拉输入电路图