MCU引脚输出模式中推挽输出与开漏输出电路原理区别
09:08:01来源: eefocus 关键字：&&&&&&
:输出端相当于的集电极. 要得到高电平状态需要才行. 适合于做型的驱动,其吸收电流相对强(一般20ma以内).推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止.我们先来说说集电极开路输出的结构。集电极开路输出的结构如图1所示，右边的那个三极管集电极什么都不接，所以叫做集电极开路(左边的三极管为反相之用，使输入为“0”时，输出也为“0”)。对于图1，当左端的输入为“0”时，前面的三极管截止(即集电极C跟发射极E之间相当于断开)，所以5V通过1K电阻加到右边的三极管上，右边的三极管导通(即相当于一个开关闭合);当左端的输入为“1”时，前面的三极管导通，而后面的三极管截止(相当于开关断开)。我们将图1简化成图2的样子。图2中的开关受软件控制，“1”时断开，“0”时闭合。很明显可以看出，当开关闭合时，输出直接接地，所以输出电平为0。而当开关断开时，则输出端悬空了，即高阻态。这时电平状态未知，如果后面一个电阻负载(即使很轻的负载)到地，那么输出端的电平就被这个负载拉到了，所以这个电路是不能输出高电平的。再看图三。图三中那个1K的电阻即是上拉电阻。如果开关闭合，则有电流从1K电阻及开关上流过，但由于开关闭其它三个口带内部上拉)，当我们要使用输入功能时，只要将输出口设置为1即可，这样就相当于那个开关断开，而对于P0口来说，就是高阻态了。对于漏极开路(OD)输出，跟集电极开路输出是十分类似的。将上面的三极管换成场效应管即可。这样集电极就变成了漏极，OC就变成了OD，原理分析是一样的。另一种输出结构是。推挽输出的结构就是把上面的上拉电阻也换成一个开关，当要输出高电平时，上面的开关通，下面的开关断;而要输出低电平时，则刚好相反。比起OC或者OD来说，这样的推挽结构高、低电平驱动能力都很强。如果两个输出不同电平的输出口接在一起的话，就会很大的电流，有可能将输出口烧坏。而上面说的OC或OD输出则不会有这样的情况，因为上拉电阻提供的电流比较小。如果是推挽输出的要设置为高阻态时，则两个开关必须同时断开(或者在输出口上使用一个传输门)，这样可作为输入状态，AVR的一些IO口就是这种结构。开漏电路及应用在时我们常常遇到开漏(open )和开集(open coltor)的概念。所谓开漏电路概念中提到的“漏”就是指MOSFET的漏极。同理，开集电路中的“集”就是指三极管的集电极。开漏电路就是指以MOSFET的漏极为输出的电路。一般的用法是会在漏极外部的电路添加上拉电阻。完整的开漏电路应该由开漏器件和开漏上拉电阻组成。如图1所示：&图1组成开漏形式的电路有以下几个特点：1. 利用外部电路的驱动能力，减少IC内部的驱动(或驱动比芯片电源电压高的负载)。当IC内部MOSFET导通时，是从外部的VCC流经R pull-up ，MOSFET到GND。IC内部仅需很下的栅极驱动电流。如图1。2. 可以将多个开漏输出的Pin，连接到一条线上。形成 “与逻辑” 关系。如图1，当PIN_A、PIN_B、PIN_C任意一个变低后，开漏线上的逻辑就为0了。这也是I2C，SMBus等判断总线占用状态的原理。如果作为输出必须接上拉电阻。接时，下降延是芯片内的晶体管，是有源驱动，速度较快;上升延是无源的外接电阻，速度慢。如果要求速度高电阻选择要小，会大。所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。3. 可以利用改变上拉电源的电压，改变传输电平。如图2, IC的逻辑电平由电源Vcc1决定，而输出高电平则由Vcc2(上拉电阻的电源电压)决定。这样我们就可以用低电平逻辑控制输出高电平逻辑了(这样你就可以进行任意电平的转换)。(例如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。)&图24. 开漏Pin不连接外部的上拉电阻，则只能输出低电平(因此对于经典的的P0口而言，要想做输入输出功能必须加外部上拉电阻，否则无法输出高电平逻辑)。一般来说，开漏是用来连接不同电平的器件，匹配电平用的。5. 标准的开漏脚一般只有输出的能力。添加其它的判断电路，才能具备双向输入、输出的能力。6.正常的CMOS输出级是上、下两个管子，把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了。这种输出的主要目的有两个：电平转换、线与。7.线与功能主要用于有多个电路对同一信号进行拉低操作的场合，如果本电路不想拉低，就输出高电平，因为OPEN-DRAIN上面的管子被拿掉，高电平是靠外接的上拉电阻实现的。(而正常的CMOS输出级，如果出现一个输出为高另外一个为低时，等于电源短路。)8.OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式，但是也有其弱点，就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载，所以当电阻选择小时延时就小，但功耗大;反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求，则建议用下降沿输出。应用中需注意：1. 开漏和开集的原理类似，在许多应用中我们利用开集电路代替开漏电路。例如，某输入Pin要求由开漏电路驱动。则我们常见的驱动方式是利用一个三极管组成开集电路来驱动它，即方便又节省成本。如图3。2. 上拉电阻R pull-up的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度。阻值越大，速度越越小。反之亦然。Push-Pull输出就是一般所说的推挽输出，在CMOS电路里面应该较CMOS输出更合适，因为在CMOS里面的push-pull输出能力不可能做得双极那么大。输出能力看IC内部输出极N管P管的面积。和开漏输出相比，push-pull的高低电平由IC的电源低定，不能简单的做逻辑操作等。push-pull是现在CMOS电路里面用得最多的输出级设计方式。当然open drain也不是没有代价，这就是输出的驱动能力很差。输出的驱动能力很差的说法不准确，驱动能力取决于IC中的末级晶体管功率。OD只是带来上升沿的延时，因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电的，当电阻选择小时延时就小、但功耗大，反之延时大功耗小。OPEN DRAIN提供了灵活的输出方式，但也是有代价的，如果对延时有要求，建议用下降沿输出。电阻小延时小的前提条件是电阻选择的原则应在末级晶体管功耗允许范围内，有经验的设计者在使用逻辑芯片时，不会选择1欧姆的电阻作为上拉电阻。在脉冲的上升沿电源通过上拉无源电阻对负载充电，显然电阻越小上升时间越短，在脉冲的下降沿，除了负载通过有源晶体管放电外，电源也通过上拉电阻和导通的晶体管对地 形成通路，带来的问题是芯片的功耗和耗电问题。电阻影响上升沿，不影响下降沿。如果使用中不关心上升沿，上拉电阻就可选择尽可能的大点，以减少对地通路的 电流。如果对上升沿时间要求较高，电阻大小的选择应以芯片功耗为参考。
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编辑：什么鱼
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北京航空航天大学教授，20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。STM32之的GPIO推挽输出与开漏输出的区别
> STM32之的GPIO推挽输出与开漏输出的区别
STM32之的GPIO推挽输出与开漏输出的区别
　　首先看以下的的原理图如下：&&本文引用地址：　　当端口配置为输出时：　　开漏模式：输出&0&时，N-MOS&导通，P-MOS&不被激活，输出0。　　输出&1&时，N-MOS&高阻，&P-MOS&不被激活，输出1(需要外部上拉电路);此模式可以把端口作为双向IO使用。　　推挽模式：输出&0&时，N-MOS&导通，P-MOS&高阻，输出0。　　输出&1&时，N-MOS&高阻，P-MOS&导通，输出1(不需要外部上拉电路)。
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我来说两句……
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如何理解单片机开漏输出与推挽输出引脚的意义?
1、开漏输出_OUT_OD ——IO输出0接GND，IO输出1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。当输出为1时，IO口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化，实现C51的IO双向功能2、推挽输出_OUT_PP ——IO输出0-接GND， IO输出1 -接VCC，读输入值是未知的
问题：上面说推挽输出时，IO输出0-接GND，这有什么意义呢？我本来目的就是为输出低电平，接GND做什么？如何理解？
概念问题。推挽输出时，IO输出0-接GND正确的。单片机的低电平就是0（只有接地GND才是0）.
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应该是说，0电平相当于GND。这段是说，开漏输出时，把输出管关断或者在输出管未导通时，这个IO口就可以变成I口，也就是输入口，可以用来读取这个IO口的外部状态；推挽输出由于状态一般非高即低，不存在高阻态（实际上也存在，内部同时关断上下两个MOS管就行，作为I口使用时，内部就是这样设定的），所以只能作为O口也就是输出口，作为I口使用需要重新设定。
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是指将引脚上你接的东西，通过内部一个开关（元件）再接到地上。简称接地（暗指将引脚接地）。
参照下面的简图：
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21:19 上传
K1、K2相当于口线内接的MOS管，有开关两个状态。
推挽输出：口线内接上下两只MOS管，K1打开、K2闭合时相当于口线接VCC，输出高电平（输出电流）。K1闭合、K2打开时相当于口线接GND，输出低电平（吸入电流）。从电流角度看，口线即可输出电流也可吸入电流，形如一推一拉，所以名曰“推挽”。
开漏输出：口线内只接了一只MOS管，口线外部可通过上拉电阻接VCC。K1闭合时，口线接地，输出低电平。K1打开时，口线通过上拉电阻拉到高电平。此种形式，口线内接的MOS管漏极只通过口线将其引出，内部不接任何元件，是开路的，所以名曰“开漏”。
单片机的低电平就是地，“地”是整个电路里电位的最低点，口线接地其输出的就是低电平了。
简单来说，推挽输出主要是增加输出电流的能力，也就是增加IO口的负载驱动能力，在快速翻转和驱动容性负载的时候有大作用。
是指将引脚上你接的东西，通过内部一个开关（元件）再接到地上。简称接地（暗指将引脚接地）。
换个问法：推挽输出，要输出高低电平，单片机外部分别该怎么接线？
& && && && && &&&开漏输出，要输出高低电平，单片机外部分别该怎么接线？
推挽输出高低电平，直接输出就行，在一定负载下，可以理解为高即是V+,低即是地，负载大时需要考虑MOS管的导通电阻，也就是驱动能力。这样的输出级有个好处，就是高低电平驱动能力都比较强，而且自身接近不消耗能量；开漏输出脚需要通过一颗上拉电阻接到V+,也就是说高电平时这颗电阻给出的。开漏输出低电平可以到地，也就是说，低电平驱动能力比较强，而高电平输出的驱动能力取决于选取的上拉电阻，上拉电阻一般不会太小，因为如果太小，会分流低电平驱动能力，所以高电平驱动会限制于一颗比较大的电阻。
推挽输出其实就是所说的“推电流”，开漏输出就是所谓的“灌电流”
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关于单片机输出用推挽还是开漏，哪个更好
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我以前设计电路时，单片机I/O输出都是用开漏，外加电阻上拉，感觉安全，如果I/O输出连线短路不至于把单片机烧了，现在公司买了一批数字NPN三极管(里面带电阻的三极管)，单片机输出到这种三极管的话就得推挽输出了，
大家说说推挽和漏极输出各有什么优劣吗？
还有单片机输出到数字三极管是不是用PNP数字三极管更好些呢？希望用过的给个建议，小弟在此谢过了
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没有这种说法吧？你说的只是对地短路的情况；如果对电源正极短路（或者其它类似可能回灌电流的情况），开漏端口输出低电平一样会烧。
个人认为，输出方式用OD/To ...
开漏输出主要是为了级联，一般控制用推挽的多
至于用NPN还是PNP得看你的设计了，没有什么好坏之分
补充一点：
如果你实在担心MCU的IO口焊接时短路造成烧管脚，你可以在MCU中加一些测试代码，然后每20ms运行一次测试，测试的模式如同一个行列键盘，可以快速的检 ...
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...感觉安全，如果I/O输出连线短路不至于把单片机烧了...
java0735 发表于
08:49 没有这种说法吧？你说的只是对地短路的情况；如果对电源正极短路（或者其它类似可能回灌电流的情况），开漏端口输出低电平一样会烧。
个人认为，输出方式用OD/Totem Pole没有好和不好的区别，完全看应用需要。在需要电平转换，或者线与逻辑的时候，用OD；需要souce/sink电流能力对称或较强驱动时用totem pole。
PNP/NPN的选用也没有好与坏的区别，看负载需要而定：如果是共阴负载，用PNP；共阳负载用NPN。
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开漏输出主要是为了级联，一般控制用推挽的多
至于用NPN还是PNP得看你的设计了，没有什么好坏之分
补充一点：
如果你实在担心MCU的IO口焊接时短路造成烧管脚，你可以在MCU中加一些测试代码，然后每20ms运行一次测试，测试的模式如同一个行列键盘，可以快速的检查到有无管脚之间相互短路，如果辅助一定的显示的话，甚至可以快速指示出是那几个脚之间短路了，如果检测到短路，则将IO口强行切换到高阻输入状态，如果没有短路，那你想咋干就咋干吧。
因为IO口烧断需要一定的时间，ms级别的测试，对于IO口来说，即使短路了也没关系。
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本帖最后由 ccxlslr 于
12:48 编辑
相当多的单片机IO是限流的。哪位知道不限流的单片机IO说出来也可以了解一下。
你加电阻限流，与他限流有什么区别。开漏输出也有电流，同样是MOS管输出，灌电流与拉电流有什么区别呢。
如果是大一点电流输出，比如１0MA，输出高有效，在不需要时，你还要超过１０MA以上的电流，把端口拉低，但推挽不存在这问题
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各有各和特长。。。
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