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概述 本章主要GPIO输出模式下不同配置的说明。 使用STM32CUBEMX生成例程,这里使用NUCLEO-L476RG开发板,因为我这只有这款板子的主频较快。
不同速率对应的波形! v/ W3 Q. c9 W- z 以PC3为例,在推挽输出无上下拉情况下,输出速率主要有4种,一般的低端MCU只有3种,没有Very High。
- v# [$ b+ u9 F* T) k0 s/ K9 `
High速率$ \: D9 {' q$ n( a7 C + E* R6 h$ d, l9 @3 m- u! Y
Very High速率# E- z' i4 K- x
可以看到,在不同速率下,端口的反应速度不一样,设置最大输出速率越大,响应越快,对应的噪声也就越大。
在上图中,P-MOS带了一个⚪,说明是低电平导通。 : E: y) k1 Y! H3 m: R. _
上图是GPIO的示意图,有输入和输出,如果简化为输出,则如下所示。
推挽输出 推挽输出的内部电路大概是下图这个样子,由一个P-MOS和一个N-MOS组合而成,同一时间只有一个管子能够进行导通。
当输出高电平时候,P-MOS导通,N-MOS截至,此时电源电流入R5。
$ l9 \% y9 e7 T4 B 当输出低电平时候,N-MOS导通,P-MOS截至,此时电流流入R5的为0。 1 ^! ^& ]1 d) | W- X
线与9 E3 X$ W1 L: s. r1 A 推挽输出高电平与电源电压基本上没有压差 高低电平的驱动能力较强,推挽输出的电流都能达到几十mA。 但是无法进行线与操作,做进行线与操作,那么电源和地就会短路,因为mos管电阻很小。 看下图可以得知,电流通过Q3的P-MOS流到Q2的N-MOS,最终回到地。 开漏输出又叫漏极开漏输出简化后可以看作如下的示意图。
若还是使用上面推挽的电路图,当N-MOS为低电平时候,那么他的输出就是一个高阻态。 可以看到,R5没有电流通过,电压也是接近于0,所以GPIO无法对外输出高电平。 6 @. N- M; |- j3 G$ J; G
此时需要增加一个上拉,这样的话上拉的电流就会流出去。 所以在开漏输出情况下,需要增加一个上拉才能进行输出高电平。
对于输出低电平,他和推挽输出差不多,电流通过N-MOS流到地中。
上图是没有增加上拉,但是开漏输出模式都需要增加,增加上拉之后如下图所示。 电流通过N-MOS流回地中。
输出电压1 F2 q7 c' n& L0 |: L0 E- Y% S4 ` 由于推挽输出在输出的时候是通过单片机内部的电压,所以他的电压是不能改变的。 但是开漏输出是通过外部上拉的电压,所以可以改变开漏输出模式下的电压大小。 下图是当上拉为5V时候,也是可以驱动出去的,这个上拉电压最大值需要看单片机的耐压。 ) Y* ?& e) |/ x$ i$ S
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