GPIO常见名词——推挽、开漏、浮空、上拉、下拉、高阻态

1、前言

最近有不少初入嵌入式的小伙伴问我，推挽输出，开漏输出是什么，啥是浮空输入，上拉和下拉输入又该怎么区分，啥时候需要用？鉴于此前也没有写过这方面的博客，今天抽空来进行补充一下。

2、输出输入GPIO

GPIO是指通用输入输出（General Purpose Input/Output），是一种通用的数字输入输出接口，可以通过程序控制来读取或控制外部设备。

在单片机或嵌入式系统中，GPIO通常由一个或多个引脚组成，可以通过编程来配置引脚的工作模式（输入或输出）、电平状态（高电平或低电平）等参数，即，

1. 数字芯片的IO口，一般分为输入和输出
2. 数字芯片内部单元大都是CMOS，一般mos的栅极为输入，漏极为输出

2.1 基本类型

输出：

1. 开漏输出（OP）
2. 推挽输出（PP）
3. 复用开漏
4. 复用推挽

输入：

1. 浮空输入
2. 下拉输入
3. 上拉输入

3. 输出

3.1 推挽输出

推挽输出是指输出端口通过一个晶体管的开关来控制电平状态，推挽输出可以实现高电平和低电平两种状态

输出高电平时，NPN型晶体管导通，PNP型晶体管截止，呈现向外推的形式，为推

输出低电平时，PNP型晶体管导通，NPN型晶体管截止，呈现向回挽的形式，为挽

优点：

1. 输出高低电平、电源电压基本没有压差
2. 高低电平驱动能力较强，一般数字芯片推挽，输出IO口驱动电流最大可到20ma
3. 电平切换速度快

缺点： 不支持线与（指俩个输出不可以接到一起）

3.2 开漏输出

输出端口通过一个晶体管的开关来控制电平状态，但与推挽输出不同，开漏输出只能实现低电平状态，而不能直接输出高电平。

开漏输出的原理是，在输出端口接入一个NPN型晶体管，它的集电极连接到输出端口，发射极接地。当需要输出低电平时，晶体管导通，输出端口接地，形成低电平；当需要输出高电平时，晶体管截止，输出端口处于悬空状态，即高阻态。为了实现完整的输出功能，开漏输出通常需要结合外部上拉电阻。当输出端口处于高阻态时，外部上拉电阻将输出端口拉高至所需的高电平。因此，开漏输出可以通过控制晶体管的导通和截止来实现低电平输出，而高电平输出则由外部上拉电阻提供。开漏输出常用于多路设备共享总线的情况下，如I2C、SPI等通信协议中。通过多个开漏输出端口的组合，可以实现多路设备对总线的控制，同时避免输出冲突和电平干扰。

优点：

1. 可实现电平转换，输出电平取决于上拉电阻电源
2. 可以实现IO的线与

缺点：

1. 高电平的驱动能力差，取决于外部上拉电阻
2. 电平切换速率取决于外部上拉电阻

3.3 高阻态

关于开漏输出的高阻态，他通常用在总线上，当主设备与其中一个从设备相连的时候，阻断其他设备与主设备相连，即呈现出高阻态的形式。

4. 输入

4.1 上拉输入

是指芯片输入引脚通过电阻接到电源电压

4.2 下拉输入

指芯片输入引脚通过电阻借到参考0电平

4.3 浮空输入

浮空输入是指将输入引脚未连接到任何外部信号源或电路，使其处于未定义的状态。在这种情况下，输入引脚既不连接到高电平（VDD）也不连接到低电平（GND），而是处于开路状态。

浮空输入可能会导致输入信号漂移或产生不确定的结果。这是因为未连接的输入引脚可以受到周围环境中的电磁干扰，从而引起电压波动，进而影响输入状态。在某些情况下，浮空输入可能会被误认为是高电平或低电平，这取决于具体的电路设计和输入引脚的特性。

5. 野火的STM32 GPIO电路设计

我们主要看一下他这个推挽、开漏输出的设计，N-MOS晶体管导通，P-MOS晶体管截止，呈现向外推的形式，为推，P-MOS管截止，N-MOS导通，为挽。 当为开漏状态时，只需要N-MOS管，当需要输出低电平时，晶体管导通，输出端口接地，形成低电平；当需要输出高电平时，晶体管截止，输出端口处于悬空状态，即高阻态。

最后

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