GPIO信號(hào)介紹

來源：風(fēng)陵渡口話EMC 更新時(shí)間：2024-07-20 閱讀：

一、GPIO信號(hào)基礎(chǔ)知識(shí)

GPIO(General-Purpose input/output),通用型之輸入輸出端口的簡(jiǎn)稱，可以通過軟件控制其輸出和輸入，市面上絕大部分芯片都會(huì)提供一個(gè)"通用可編程IO接口"，即GPIO。

GPIO信號(hào)原理框圖

目前市面上使用的芯片，其內(nèi)部GPIO信號(hào)電路結(jié)構(gòu)都如上圖所示，其輸入保護(hù)二極管用于防止引腳外部過高正電壓、負(fù)電壓輸入，當(dāng)電壓高于VDD時(shí)，上方的二極管導(dǎo)通，當(dāng)引腳電壓低于VSS時(shí)，下方二極管導(dǎo)通，防止外部脈沖電壓引入損毀芯片。

TTL施密特觸發(fā)器：基本原理是當(dāng)輸入電壓高于正向閾值電壓，輸出未高；當(dāng)輸入電壓低于負(fù)向閾值電壓，輸出為低。IO口信號(hào)經(jīng)過觸發(fā)器后模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為0和1的數(shù)字信號(hào)，也就是高低電平，并且符合TTL電平協(xié)議。

P-MOS管和N-MOS管：信號(hào)由P-MOS管和N-MOS管，依據(jù)兩個(gè)MOS管的工作方式，使得GPIO具有"推挽輸出"和"開漏輸出模式"，P-MOS管高電平導(dǎo)通，低電平關(guān)閉；N-MOS管低電平導(dǎo)通，高電平關(guān)閉。

二、GPIO信號(hào)的8種模式：

狀態(tài)	類型	特征
浮空輸入	數(shù)字輸入	可讀取引腳電平，若引腳懸空，則電平不穩(wěn)定
上拉輸入	數(shù)字輸入	可讀取引腳電平，內(nèi)部上拉，懸空默認(rèn)高電平
下拉輸入	數(shù)字輸入	可讀取引腳電平，內(nèi)部下拉，懸空默認(rèn)低電平
模擬輸入	模擬輸入	GPIO無效，引腳直接接入內(nèi)部ADC
開漏輸出	數(shù)字輸出	可輸出引腳電平，高電平為高阻態(tài)，低電平接VSS
推挽輸出	數(shù)字輸出	可輸出引腳電平，高電平接VDD，低電平接VSS
復(fù)用開漏輸出	數(shù)字輸出	由外部控制，高電平為高阻態(tài)，低電平接VSS
復(fù)用推挽輸出	數(shù)字輸出	由外部控制，高電平接VDD，低電平接VSS

2.1、浮空輸入：

浮空輸入模式下，I/O端口的電平信號(hào)直接進(jìn)入輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。I/O電平狀態(tài)是不確定的，完全由外部輸入決定；如果在該引腳懸空（無信號(hào)輸入）的情況下，讀取該端口的電平是不確定的，通常用于IIC、UART等總線設(shè)備。

2.2、上拉輸入模式：

上拉輸入模式下，I/O端口的電平信號(hào)直接進(jìn)入輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。但是在I/O端口懸空（在無信號(hào)輸入）的情況下，輸入端的電平保持在高電平（并且在I/O端口輸入為低電平的時(shí)候，輸入端的電平也是低電平）

2.3、下拉輸入模式：

下拉輸入模式下，I/O端口的電平信號(hào)直接進(jìn)入輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。但是在I/O端口懸空（在無信號(hào)輸入）的情況下，輸入端的電平保持在低電平（并且在I/O端口輸入為高電平的時(shí)候，輸入端的電平也是高電平）

2.4、模擬輸入模式：

模擬輸入模式下，I/O端口的模擬信號(hào)（電壓信號(hào)，而非電平信號(hào)）直接模擬輸入到片上外設(shè)模塊，比如ADC模塊電路。

2.5、開漏輸出模式：

在開漏輸出模式時(shí)，只有N-MOS管工作，如果控制輸出為低電平，則P-MOS管關(guān)閉，N-MOS管導(dǎo)通，使輸出為低電平；若控制輸出為高電平，則P-MOS管和N-MOS管都關(guān)閉，輸出指令就不會(huì)起作用，此時(shí)I/O端口的電平由外部的上拉或者下拉決定，如果沒有上拉或者下拉I/O口就處于懸空狀態(tài)。

2.6、推挽輸出模式：

在推挽輸出模式時(shí)，N-MOS管、P-MOS管都工作，如果控制輸出為低電平，則P-MOS管關(guān)閉，N-MOS管導(dǎo)通，使輸出為低電平；若控制輸出為高電平，則N-MOS管關(guān)閉，N-MOS管導(dǎo)通，使輸出為高電平，外部的上拉或者下拉的作用是控制在沒有輸出時(shí)I/O電平。