GPIO輸出主要電路結(jié)構(gòu)

1. 數(shù)字輸入輸出的定義

數(shù)字輸入或輸出（英語：Digital Input or Digital Input），又叫開關(guān)量輸入或輸出，只有通和斷二種狀態(tài)，離散狀態(tài)。

常見的數(shù)字輸入有GPIO,GTA等

本文主要說明GPIO

2. GPIO輸出主要電路結(jié)構(gòu)

GPIO輸出主要有推挽輸出模式和開漏輸出模式，以下分別就兩種模式進行說明

2.1.GPIO推挽輸出模式主要電路結(jié)構(gòu)

其中

1）Q1和Q2分別為NPN和PNP型三極管；

2）A1為運放比較器，當輸出寄存器電壓大于VREF，Vin為高電平；反之，Vin為低電平

2.2.GPIO推挽輸出模式閾值計算

a) 運放比較器以ADI ADCMP600為例，工作量程（V+-V-）最大2mV,也就是說V+-V-超過2mV，運放進入放大飽和區(qū)間，此時輸出VOH=VCC-0.4V=5V-0.4V=4.6V,即為比較器功能。VOL=0.4V

b) Q1 NPN三極管以松下的2SC0829為例

VB1E1>0.85V時，C1E1兩端導(dǎo)通，導(dǎo)通時VC1E1=0.2V（取最大值）。

VB1E1<0.5V時，C1E1兩端截止。

c) Q2 PNP三極管以松下的2SA0683為例

VB2E2<-1.2V（即E端比B端電壓大于1.2V）時，C2E2兩端導(dǎo)通，導(dǎo)通時VC2E2=0.7V（取最大值）。

VB2E2>-0.85V（即E端比B端電壓小于0.85V）時，C2E2兩端截止。

假設(shè)應(yīng)用外部外接下拉電阻R1=10kohm,如下圖

1）當輸出寄存器電壓大于VREF(設(shè)計遠遠超過2mV)時

VIN=VOH=4.6V

VB1E1=VIN(4.6V)-0>0.85V,故C1E1端導(dǎo)通, Vo=VCC-0.2=5-0.2=4.8V

VB2E2= VIN(4.6V)-Vo(4.8V)=-0.2V>-0.85V,故C2E2端截止

真值表為以下

2）當輸出寄存器電壓小于VREF(設(shè)計遠遠小于)時

VIN=VOL=0.4V

VB1E1=VIN(0.4V)-0<0.5V,故C1E1端截止

VB2E2=VIN(0.4V)-Vo=0.4V-0V=0.4V<0.85V,故C2E2端截止,Vo=0.7V

真值表為以下

2.3.GPIO開漏輸出模式主要電路結(jié)構(gòu)

其中

1）Q為PNP型三極管；

2）A1為運放比較器，當輸出寄存器電壓大于VREF，Vin為高電平；反之，Vin為低電平

2.4.GPIO開漏輸出模式閾值計算

a) 運放比較器以ADI ADCMP600為例，工作量程（V+-V-）最大2mV,也就是說V+-V-超過2mV，運放進入放大飽和區(qū)間，此時輸出VOH=VCC-0.4V=5V-0.4V=4.6V,即為比較器功能。VOL=0.4V

b) Q PNP三極管以松下的2SA0683為例

VBE<-1.2V（即E端比B端電壓大于1.2V）時，CE兩端導(dǎo)通，導(dǎo)通時VCE=0.7V（取最大值）。

VBE>-0.85V（即E端比B端電壓小于0.85V）時，CE兩端截止。

假設(shè)應(yīng)用外接上拉電阻R1=10kohm（此處必須外接上拉電阻方能行成回路）,如下圖

1）當輸出寄存器電壓大于VREF(設(shè)計遠遠超過2mV)時

VIN=VOH=4.6V

VBE=VIN(4.6V)-VCC =4.6V-5V=-0.4V>-0.85V,故CE截止, Vo=VCC=5V

真值表為以下

2）當輸出寄存器電壓小于VREF(設(shè)計遠遠小于)時

VIN=VOL=0.4V

VBE=VIN(0.4V)-VCC=0.4-5V=-4.6V<-1.2V,故C2E2端導(dǎo)通,Vo=0.7V

真值表為以下