單片機(jī)I/O口推挽輸出與開漏輸出的區(qū)別
推挽(push-pull):推挽輸出的器件是指輸出腳內(nèi)部集成有一對互補(bǔ)的MOSFET，當(dāng)Q1導(dǎo)通、Q2截止時輸出高電平;而當(dāng)Q1截止導(dǎo)通、Q2導(dǎo)通時輸出低電平。一個導(dǎo)通另一個就截止。
集電極開路:輸出端相當(dāng)于孤立三極管的集電極. 要得到高電平狀態(tài)需要上拉電阻才行. 適合于做電流型的驅(qū)動,其吸收電流的能力相對強(qiáng)(一般20ma以內(nèi))。
1集電極開路輸出的結(jié)構(gòu)
1> 如圖1所示，右邊的那個三極管集電極什么都不接，所以叫做集電極開路(左邊的三極管為反相之用，使輸入為“0”時，輸出也為“0”)。對于圖1，當(dāng)左端的輸入為“0”時，前面的三極管截止(即集電極C跟發(fā)射極E之間相當(dāng)于斷開)，所以5V電源通過1K電阻加到右邊的三極管上，右邊的三極管導(dǎo)通(即相當(dāng)于一個開關(guān)閉合);當(dāng)左端的輸入為“1”時，前面的三極管導(dǎo)通，而后面的三極管截止(相當(dāng)于開關(guān)斷開)。
我們將圖1簡化成圖2的樣子。圖2中的開關(guān)受軟件控制，“1”時開關(guān)閉合時，輸出直接接地，所以輸出電平為0。"0"時當(dāng)開關(guān)斷開時，則輸出端懸空了，即高阻態(tài)(順便了解下高阻態(tài))。這時電平狀態(tài)未知，如果后面一個電阻負(fù)載(即使很輕的負(fù)載)到地，那么輸出端的電平就被這個負(fù)載拉到低電平了，所以這個電路是不能輸出高電平的。
2> 圖三是集電極開路加上拉電阻的情況。圖三中那個1k的電阻即是上拉電阻。如果開關(guān)閉合，則有電流從1k電阻及開關(guān)上流過，但由于開關(guān)閉和時電阻為0(方便我們的討論，實際情況中開關(guān)電阻不為0，另外對于三極管還存在飽和壓降)，所以在開關(guān)上的電壓為0，即輸出電平為0。如果開關(guān)斷開，則由于開關(guān)電阻為無窮大(同上，不考慮實際中的漏電流)，所以流過的電流為0，因此在1k電阻上的壓降也為0，所以輸出端的電壓就是5v了，這樣就能輸出高電平了。
關(guān)于上拉電阻的選擇問題。我們從圖三知道，這個輸出的內(nèi)阻是比較大的(即1kω)，如果接一個電阻為r的負(fù)載，通過分壓計算，就可以算得最后的輸出電壓為5*r/(r+1000)伏，即5/(1+1000/r)伏。所以，如果要達(dá)到一定的電壓的話，r就不能太小。如果r真的太小，而導(dǎo)致輸出電壓不夠的話，那我們只有通過減小那個1k的上拉電阻來增加驅(qū)動能力。但是，上拉電阻又不能取得太小，因為當(dāng)開關(guān)閉合時，將產(chǎn)生電流，由于開關(guān)能流過的電流是有限的，因此限制了上拉電阻的取值，另外還需要考慮到，當(dāng)輸出低電平時，負(fù)載可能還會給提供一部分電流從開關(guān)流過，因此要綜合這些電流考慮來選擇合適的上拉電阻。
如果我們將一個讀數(shù)據(jù)用的輸入端接在輸出端，這樣就是一個io口了(51的io口就是這樣的結(jié)構(gòu)，其中p0口內(nèi)部不帶上拉，而其它三個口帶內(nèi)部上拉)，當(dāng)我們要使用輸入功能時，只要將輸出口設(shè)置為1即可，這樣就相當(dāng)于那個開關(guān)斷開，而對于p0口來說，就是高阻態(tài)了。
3> 對于漏極開路(OD)輸出，跟集電極開路輸出是十分類似的。將上面的三極管換成場效應(yīng)管即可。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。
2 推挽輸出
推挽輸出的結(jié)構(gòu)就是把上面的上拉電阻也換成一個開關(guān)，當(dāng)要輸出高電平時，上面的開關(guān)通，下面的開關(guān)斷;而要輸出低電平時，則剛好相反。比起OC或者OD來說，這樣的推挽結(jié)構(gòu)高、低電平驅(qū)動能力都很強(qiáng)。如果兩個輸出不同電平的輸出口接在一起的話，就會產(chǎn)生很大的電流，有可能將輸出口燒壞。而上面說的OC或OD輸出則不會有這樣的情況，因為上拉電阻提供的電流比較小。如果是推挽輸出的要設(shè)置為高阻態(tài)時，則兩個開關(guān)必須同時斷開(或者在輸出口上使用一個傳輸門)，這樣可作為輸入狀態(tài)，AVR單片機(jī)的一些IO口就是這種結(jié)構(gòu)。
一般情況下我們在電路設(shè)計編程過程中設(shè)置單片機(jī)，大多是按照固有的模式去做的，做了幾年這一行了，也沒碰到過什么問題。昨天就遇到了這樣一個問題，電路結(jié)構(gòu)如圖一，在這種情況下STC單片機(jī)與410單片機(jī)通訊是沒問題的但是與PC就無法通訊了，STC收不到PC的命令，以前410的位置是用的STC的片子一直沒問題，我想也許是驅(qū)動能力不夠，在410TX端加了上拉，不過沒起作用。用示波器監(jiān)視串口得到面的波形如圖二：
這說明sp3232下拉得不夠，于是加了下拉，還是沒起作用。又把410端口內(nèi)部的上拉去掉，結(jié)果還是一樣。最后請教老師，在410程序里將TX的工作方式由推挽式改為開漏式，一切ok~!
附另外一篇文章：http://www.9mcu.com/9mcubbs/forum.php?mod=viewthread&tid=1353講的也挺好
GPIO的推挽輸出和開漏輸出(open-drain與push-pull)
GPIO的功能，簡單說就是可以根據(jù)自己的需要去配置為輸入或輸出。但是在配置GPIO管腳的時候，常會見到兩種模式：開漏(open-drain，漏極開路)和推挽(push-pull)。
對此兩種模式，有何區(qū)別和聯(lián)系，下面整理了一些資料，來詳細(xì)解釋一下：
圖表 1 Push-Pull對比Open-Drain
對于GPIO的模式的設(shè)置，在不考慮是否需要額外的上拉電阻的情況下，是設(shè)置為open-drain還是push-pull，說到底，還是個權(quán)衡的問題：
如果你想要電平轉(zhuǎn)換速度快的話，那么就選push-pull，但是缺點(diǎn)是功耗相對會大些。
如果你想要功耗低，且同時具有“線與”的功能，那么就用open-drain的模式。(同時注意GPIO硬件模塊內(nèi)部是否有上拉電阻，如果沒有，需要硬件電路上添加額外的上拉電阻)
正所謂，轉(zhuǎn)換速度與功耗，是魚與熊掌，二則不可兼得焉。
擴(kuò)展閱讀：PIC單片機(jī)的抗干擾能力強(qiáng)還是AVR單片機(jī)的強(qiáng)?
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-22
