代码收藏家技术教程 2023-04-16

GPIO之推挽输出和开漏输出

疑问

GPIO配置为输出时会有两种模式，一种叫推挽输出，一种叫开漏模式。那什么是推挽输出，什么又是开漏输出呢？

三种输出状态

如下图所示为将GPIO配置为输出时的内部示意图：

由上图可以看出，GPIO的输出状态完全取决于两个MOS管Q1和Q2的导通状态：

Q1导通、Q2关断，此时输出接VCC，输出高电平；
Q1关断、Q2导通，此时输出接地，输出低电平；
Q1关断、Q2关断，此时输出浮空，相对与其它点的电阻无穷大，呈现高阻态；
Q1导通、Q2导通，此时VCC直接对地短路，会烧毁MOS管，所以此状态不会也不允许存在。

所以，将GPIO配置为输出时，其只会处于以上1、2、3三种状态（即高电平、低电平、高阻态）之一。

推挽输出

首先，我们把上文中提到的1、2两种状态（即高电平、低电平）拿出来，组成一个组合。这便是我们对GPIO输出最基本的认知，要么输出高电平，要么输出低电平。
当输出高电平时，电流按下图箭头所示流出去，我们称之为推，把电流推出去。

当输出高电平时，电流按下图箭头所示流进来，我们称之为挽，把电流挽回来。

所以，所谓的推挽，其实描述的是GPIO输出高低电平时电流的一个动作而已。

开漏输出

然后我们将上文中的2、3两种状态（即低电平、高阻态）拿出来，组成一个组合。
不难发现，在2、3两种状态中Q1都是关断的，所以可以认为它就是不存在，如下图：

此时，MOS管的漏极等于啥也没接，处于一个开路状态，所以这个模式称之为开漏模式。
那开漏模式有什么用呢？

改变高电平的电压
比如说现在想用这个GPIO去控制一个芯片的enable引脚，如下图所示：

后面芯片的enable引脚只支持3.3V输入，但是GPIO输出的高电平却由5V。如果用推挽模式输出5V的话就可能会把后面芯片烧毁。所以我们就需要使用开漏模式，同时外接一个上拉电阻。此时，将Q2关断时（即高阻态），enable引脚就被上拉电阻拉到了3.3V，也就是高电平，如下图所示：

同样的，当Q2导通时，enable引脚就接地被拉到了低电平。
这样便可实现5V单片机对3.3V芯片的控制。
多个GPIO控制同一个输入
如下图所示用两个GPIO去控制一个芯片的enable：

如果用推挽模式的话，当上面的GPIO输出高电平，下面的GPIO输出低电平时，两个GPIO之间就短路了，会烧毁MOS管。
此时，我门将两个GPIO设置为开漏模式，再外接一个上拉电阻，如图：

这样的话，只要有任意一个GPIO输出为低电平时，enable都会被拉低。只有当两个GPIO为高阻态时，enable才会被拉高。