GPIO输入与输出设置

GPIO（也称为通用输入/输出）是控制器中最简单也是最重要的配置。但即便如此，IO也有各种各样的类型和配置选项，有输入，输出，上拉，下拉，推挽等。虽然我们天天都和它打交道，但是你真的了解其中的配置吗？

输入模式

通常，GPIO输入主要通过以下三种方式之一进行配置：

● 高阻抗（Hi-Z，也称为浮动floating）

● 上拉（Pull-up，内部电阻连接到VCC）

● 下拉（Pull-down，内部电阻连接到地）

当Input port被处在高阻抗的模式下，若没有外部讯号源进来的话，此时是无法确定port的状态(不能确定现在处在高电位或低电位)，除非有外部讯号来驱动电路。换句话说，Input floating，这个Input电位状态完全是由外部讯号来决定，没有讯号驱动的话，就会呈现高阻抗状态。

如果我们需要这个port有一个明确的预设状态时，必须借助pull-up(pull-down)resistor来做调整，在pull-up resistor(pull-up外接高电压，pull-down通常会接地)的作用之下，让port的维持在明确的高电压状态(pull-down则是让port维持在低电压状态)。

至于具体电阻的大小，一般在芯片手册中都有详细的描述。在实际配置中，除了要考虑port口内的上下拉电阻大小，还需要考虑MCU外围电路所带来的影响。

输出模式

GPIO的输出模式，常见的有开漏输出（Open-Drain）、推挽输出（Push-Pull）与开集输出（Open-Collector）。其中开漏输出和开集输出，这两种输出的原理和特性基本是类似的，区别在于一个是使用MOS管，其中的"漏"指的就是MOS管的漏极；另一个使用三极管，其中的"集"指的就是三极管的集电极。这两者其实都是和推挽输出相对应的输出模式，由于使用MOS管的情况较多，很多时候就用"开漏输出"这个词代替了开漏输出和开集输出。

● 推挽输出：一般是指两个MOSFET分别受两互补信号的控制，总是在一个MOS管导通时另一个MOS管截止。（推挽输出的最大特点是可以真正的输出高电平和低电平，且两种电平下都有驱动能力）。

推挽输出的简化原理图

Push - 当连接到晶体管栅极的内部信号（见上图）设置为低逻辑电平（逻辑0）时，PMOS晶体管被激活，电流从VDD流到输出引脚。NMOS晶体管无效（开路）且不导通。

Pull - 当连接到晶体管栅极的内部信号被设置为高逻辑电平（逻辑1）时，NMOS晶体管被激活（闭合）并且电流开始从输出引脚流到GND。同时，PMOS晶体管无效（开路）且不导通电流。看起来推挽输出十分完美，对高低电平都有相当不错的输出能力。但推挽输出的一个缺点是，如果当两个推挽输出结构相连在一起，一个输出高电平，即上面的MOS导通，下面的MOS闭合时；同时另一个输出低电平，即上面的MOS闭合，下面的MOS导通时。电流会从第一个引脚的VCC通过上端MOS再经过第二个引脚的下端MOS直接流向GND。整个通路上电阻很小，会发生短路，进而可能造成端口的损害。这也是为什么推挽输出不能实现" 线与"的原因。

● 开漏输出：顾名思义，就是从MOSFET的漏极输出的电路，要得到高电平状态需要加上拉电阻才行。适合做电流型的驱动，其吸收电流的能力比较强（开漏输出最主要的特性就是高电平没有驱动能力，需要借助外部上拉电阻才能真正输出高电平）。