GPIO电路图与上拉电阻的作用（附详细分析）

EDN电子技术设计 今天
GPIO口的定义：
GPIO口，通用输入输出，这个大家都知道，但是输入，输出的电路是什么样的，其实并不用太关心，只需配置寄存器即可，但是还是要摸一摸，为了方便理解，引入了单片机的IO口原理图来说明(道理是一样的)。

认识电路：
一、普通IO口

如上图所示(红色框是板子内部)

1、基级(②位置)为低电平时，PNP导通,此时单片机IO口输出的是低电平，当基级(②位置)为高电平时，PNP导通，此时单片机IO口输出的是高电平。
2、这里注意，④位置上是一个上拉电阻，这里设置上拉电阻的考虑因素是这样的，假设我要在这个单片机IO口输出一个电流来驱动小灯发亮，①的位置电阻一般有20k左右，发出的电流250uA，基本上忽略不计，加上一个上拉电阻后，总电流 = ①位置电流 + ④位置电流(①与④构成并联电路)。
3、为什么不设置让，①的位置电阻R小一点,这样电流大一点，就不需要上拉电阻了呢？因为单片机是控制单元，设计时最好把强电流设计到外围电路里，如果设计到单片机内部，会烧坏板子。

这里体现出上拉电阻的其中一个作用--->加大电流，加强了驱动的能力

二、强推挽输出:
(意思就是说能输入输出大电流,前面已经说了单片机内部最好不要设计大的电流,所以这个功能的IO要少用)


1、内部总线输入高电平, 上面的NPN导通，则IO口输出大电流(因为上面的三极管VCC电源下面没有接上拉电阻,  I = VCC/电阻+NPN内部电阻)，所以IO出口的地方一般接一个电阻限流内部总线输如低电平, 下面的NPN导通，则此时如果IO口外面接一个VCC(不带上拉电阻)，就会有大电流灌输进来。

这里体现了上拉电阻的另一个作用--->限流

三、开漏级OC门：


什么叫IO口的开漏状态，如上图所示 如果内线是高电平，则NPN的基级是低电平，此时NPN不导通，那么IO口此时相当于是悬浮在空气中的，所以无法确定它的状态(不知道是低电平还是高电平)，那么这个状态就是开漏状态，所以此时要向外围电路输出一个高电平是不可能的，如果想输出一个高电平，则必须在NPN的集电极上面来一个上拉电阻。

这时又体现出上拉的一个作用：就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位(保持)在一个高电平上，下拉同理。

这里对于OC门还有一个应用，可以控制高电位的电路，如果外围电路需要大的电压，则可以用OC门加上拉电阻来完成这个功能，如下图所示, 当内部总线为高电平，则NPN截止，最右边加一个12v的上拉电阻，使得电位钳在12v供外围电路使用。


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