1. 數字輸入輸出的定義
數字輸入或輸出(英語:Digital Input or Digital Input),又叫開關量輸入或輸出,只有通和斷二種狀態,離散狀態。
常見的數字輸入有GPIO,GTA等
本文主要說明GPIO
2. GPIO輸出主要電路結構
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構
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,C1E1兩端導通,導通時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,C2E2兩端導通,導通時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。
假設應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(設計遠遠超過2mV)時
VIN=VOH=4.6V
VB1E1=VIN(4.6V)-0>0.85V,故C1E1端導通, 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
信號 | Vin | Vo |
---|---|---|
邏輯值 | 1 | 1 |
電壓值 | 1. 4.6V | 1. 4.8V |
2)當輸出寄存器電壓小于VREF(設計遠遠小于)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
信號 | Vin | Vo |
---|---|---|
邏輯值 | 0 | 0 |
電壓值 | 1. 0.4V | 0.7V |
2.3.GPIO開漏輸出模式主要電路結構
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兩端導通,導通時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。
假設應用外接上拉電阻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
信號 | Vin | Vo |
---|---|---|
邏輯值 | 1 | 1 |
電壓值 | 1. 4.6V | 5V |
2)當輸出寄存器電壓小于VREF(設計遠遠小于)時
VIN=VOL=0.4V
VBE=VIN(0.4V)-VCC=0.4-5V=-4.6V<-1.2V,故C2E2端導通,Vo=0.7V
真值表為以下
信號 | Vin | Vo |
---|---|---|
邏輯值 | 0 | 0 |
電壓值 | 1. 0.4V | 1. 0.7V |
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