GPIO输出主要电路结构

1. 数字输入输出的定义

数字输入或输出（英语：Digital Input or Digital Input），又叫开关量输入或输出，只有通和断二种状态，离散状态。

常见的数字输入有GPIO,GTA等

本文主要说明GPIO

2. GPIO输出主要电路结构

GPIO输出主要有推挽输出模式和开漏输出模式，以下分别就两种模式进行说明

2.1.GPIO推挽输出模式主要电路结构

其中

1）Q1和Q2分别为NPN和PNP型三极管；

2）A1为运放比较器，当输出寄存器电压大于VREF，Vin为高电平；反之，Vin为低电平

2.2.GPIO推挽输出模式阈值计算

a) 运放比较器以ADI ADCMP600为例，工作量程（V+-V-）最大2mV,也就是说V+-V-超过2mV，运放进入放大饱和区间，此时输出VOH=VCC-0.4V=5V-0.4V=4.6V,即为比较器功能。VOL=0.4V

b) Q1 NPN三极管以松下的2SC0829为例

VB1E1>0.85V时，C1E1两端导通，导通时VC1E1=0.2V（取最大值）。

VB1E1<0.5V时，C1E1两端截止。

c) Q2 PNP三极管以松下的2SA0683为例

VB2E2<-1.2V（即E端比B端电压大于1.2V）时，C2E2两端导通，导通时VC2E2=0.7V（取最大值）。

VB2E2>-0.85V（即E端比B端电压小于0.85V）时，C2E2两端截止。

假设应用外部外接下拉电阻R1=10kohm,如下图

1）当输出寄存器电压大于VREF(设计远远超过2mV)时

VIN=VOH=4.6V

VB1E1=VIN(4.6V)-0>0.85V,故C1E1端导通, 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

真值表为以下

信号	Vin	Vo
逻辑值	1	1
电压值	1. 4.6V	1. 4.8V

2）当输出寄存器电压小于VREF(设计远远小于)时

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

真值表为以下

信号	Vin	Vo
逻辑值	0	0
电压值	1. 0.4V	0.7V

2.3.GPIO开漏输出模式主要电路结构

其中

1）Q为PNP型三极管；

2）A1为运放比较器，当输出寄存器电压大于VREF，Vin为高电平；反之，Vin为低电平

2.4.GPIO开漏输出模式阈值计算

a) 运放比较器以ADI ADCMP600为例，工作量程（V+-V-）最大2mV,也就是说V+-V-超过2mV，运放进入放大饱和区间，此时输出VOH=VCC-0.4V=5V-0.4V=4.6V,即为比较器功能。VOL=0.4V

b) Q PNP三极管以松下的2SA0683为例

VBE<-1.2V（即E端比B端电压大于1.2V）时，CE两端导通，导通时VCE=0.7V（取最大值）。

VBE>-0.85V（即E端比B端电压小于0.85V）时，CE两端截止。

假设应用外接上拉电阻R1=10kohm（此处必须外接上拉电阻方能行成回路）,如下图

1）当输出寄存器电压大于VREF(设计远远超过2mV)时

VIN=VOH=4.6V

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

真值表为以下

信号	Vin	Vo
逻辑值	1	1
电压值	1. 4.6V	5V

2）当输出寄存器电压小于VREF(设计远远小于)时

VIN=VOL=0.4V

VBE=VIN(0.4V)-VCC=0.4-5V=-4.6V<-1.2V,故C2E2端导通,Vo=0.7V

真值表为以下

信号	Vin	Vo
逻辑值	0	0
电压值	1. 0.4V	1. 0.7V