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1. 數(shù)字輸入輸出的定義

數(shù)字輸入或輸出（英語(yǔ)：Digital Input or Digital Input），又叫開關(guān)量輸入或輸出，只有通和斷二種狀態(tài)，離散狀態(tài)。

常見的數(shù)字輸入有GPIO,GTA等

本文主要說(shuō)明GPIO

2. GPIO輸入電路的匹配、設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1.控制器與TTL施密特觸發(fā)器下的GPIO輸入接口電路

以STM32F103ZET6舉例,TTL肖特基觸發(fā)器

其中

1）R1,R2為內(nèi)部弱上拉或弱下拉，阻值很大，一般為100k以上；

2）D1,D2為嵌位二極管，可以嵌位到-V(D2)到VCC+V(D1)之間，如果選擇硅管二極管，可以嵌位到-0.7V~5.7V；

3）R3=100Kohm，R4=1000kohm

4）R11=10kohm，R12=R13=46.4kohm

5）UB=4.5~16V

2.2.控制器與TTL施密特觸發(fā)器下的GPIO閾值計(jì)算

非門以74HCT1G04舉例，此處不討論R1,R2接入情況

1）當(dāng)PIN CN 懸空時(shí)，等效電路如下

Uo=4.4V

(UB-Ui)/(R11+R13)+Uo/(R3+R4)=Ui/R12

解出Ui=(UB/(R11+R13)+Uo/(R3+R4)) R12 (R11+R13)/(R11+R12+R13)

a) 當(dāng)UB=4.5V時(shí)，Ui=2.13V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=2.33V

UG1F大于非門的VIH=2V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	4.5V	2.13V	2.33V	0.4V	4.4V

b) 當(dāng)UB=9V時(shí)，Ui=4.16V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=4.18V

UG1F大于非門的VIH=2V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	9V	4.16V	4.18V	0.4V	4.4V

c）當(dāng)UB=12.4V時(shí)，Ui=5.698V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=5.581V

UG1F大于非門的VIH=2V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	12.4V	5.6987V	5.581V	0.4V	4.4V

d) 當(dāng)UB=14V時(shí)，Ui=6.421V

此時(shí)二極管D1將導(dǎo)通，Ui被鉗位到5.7V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=5.7+(4.4-5.7)*100/(100+1000)=5.582V

UG1F大于非門的VIH=2V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	14V	5.7V	5.582V	0.4V	4.4V

e) 當(dāng)UB= 3.67371V時(shí)，Ui=1.76V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=2V

UG1F等于非門的VIH=2V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	3.67371V	1.76V	2V	0.4V	4.4V

f) 當(dāng)UB= 3.3V時(shí)，Ui=1.59V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=1.84V

UG1F小于非門的VIH=2V,非門G1關(guān)閉，非門G2關(guān)閉

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	3.3V	1.59V	1.84V	4.4V	0.4V

Uo=0.4v時(shí)，解出Ui=(UB/(R11+R13)+Uo/(R3+R4))*R12*(R11+R13)/(R11+R12+R13)=1.4928V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=1.398V

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	3.3V	1.498V	1.398V	4.4V	0.4V

綜合a)~f)得出如下結(jié)論

UB<3.67371V時(shí)，Uo將輸出0.4V

UB>3.67371V時(shí)，Uo將輸出4.4V

UB>12.4V時(shí)，Ui將被鉗位到5.7V,UG1F將被固定到5.582V，Uo將輸出4.4V

UB在3.67371V以上，都可以識(shí)別為H

2）當(dāng)PIN CN 輸入時(shí)，等效電路如下

(UPIN-Ui)/R13+Uo/(R3+R4)=Ui/R12

解出Ui=(UPIN/R13+Uo/(R3+R4))R12R13/(R12+R13)

a) 當(dāng)UPIN=4.5V時(shí)，Ui=2.34V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=2.53V

UG1F大于非門的VIH=2V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UPIN	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	4.5V	2.34V	2.53V	0.4V	4.4V

b) 當(dāng)UPIN=9V時(shí)，Ui=4.59V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=4.58V

UG1F大于非門的VIH=2V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UPIN	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	9V	4.59V	4.58V	0.4V	4.4V

c) 當(dāng)UPIN=11.2144V時(shí)，Ui=5.7V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=5.581V

UG1F大于非門的VIH=2V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UPIN	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	11.2144V	5.7V	5.581V	0.4V	4.4V

d) 當(dāng)UPIN=14V時(shí)，Ui=7.09V

此時(shí)二極管D1將導(dǎo)通，Ui被鉗位到5.7V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=5.7+(4.4-5.7)*100/(100+1000)=5.582V

UG1F大于非門的VIH=2V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UPIN	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	14V	5.7V	5.582V	0.4V	4.4V

e) 當(dāng)UPIN= 3.334399V時(shí)，Ui=1.76V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=2V

UG1F等于非門的VIH=2V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UPIN	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	3.334399V	1.76V	2V	0.4V	4.4V

f) 當(dāng)UPIN= 3V時(shí)，Ui=1.59V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=1.85V

UG1F小于非門的VIH=2V,非門G1關(guān)閉，非門G2關(guān)閉

真值表如下

信號(hào)	UPIN	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	3V	1.59V	1.85V	0.4V	4.4V

Uo=0.4v時(shí)，解出Ui=(UB/R13+Uo/(R3+R4))*R12*R13/(R12+R13)=1.51V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=1.41V

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	1	0
電壓值	1. 3V	1. 51V	1. 41V	4.4V	0.4V

綜合a)~f)得出如下結(jié)論

UPIN<3.334399V 時(shí)，Uo將輸出0.4V

UPIN>3.334399V時(shí)，Uo將輸出4.4V

UPIN>11.2144V時(shí)，Ui將被鉗位到5.7V,UG1F將被固定到5.582V，Uo將輸出4.4V

UPIN在3.334399V以上，都可以識(shí)別為H

3）應(yīng)用物理電路可配置如下

當(dāng)開關(guān)SW打開時(shí)，等同于2.2中 1）當(dāng)PIN CN 懸空，此時(shí)Uo為4.4V,為H.
當(dāng)開關(guān)SW閉合時(shí)，Uo=0.4V, 為L(zhǎng).此時(shí)Ui=0.008V,UG1F=0.044V

綜合a),b)得出如下結(jié)論

可以正確識(shí)別開關(guān)打開和閉合兩種狀態(tài)的

2.3.控制器與CMOS施密特觸發(fā)器下的GPIO輸入接口電路

其中

1）R1,R2為內(nèi)部弱上拉或弱下拉，阻值很大，一般為100k以上；

2）D1,D2為嵌位二極管，可以嵌位到-V(D2)到VCC+V(D1)之間，如果選擇硅管二極管，可以嵌位到-0.7V~5.7V；

3）R3=100Kohm，R4=3000kohm

4）R11=10kohm，R13=46.4kohm

5）UB=4.5~16V

2.4.控制器與CMOS施密特觸發(fā)器下的GPIO閾值計(jì)算

非門以74HC1G04舉例，此處不討論R1,R2接入情況

假設(shè)供電VCC=5V，那么UIH=3.5V,UIL=1.5V,VOH=4.5V,VOL=0.5V.

當(dāng)PIN CN 懸空時(shí)，等效電路如下

Uo=4.5V

Ui=Uo+(UB-Uo)*(R3+R4)/(R11+R13+R3+R4)

a) 當(dāng)UB=4.5V時(shí)，Ui=4.5V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=4.5V

UG1F大于非門的VIH=3.5V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	4.5V	4.5V	4.5V	0.5V	4.5V

b) 當(dāng)UB=5.72183V時(shí)，Ui=5.699998V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=5.65998V

UG1F大于非門的VIH=3.5V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	5.72183V	5.699998V	5.65998V	0.5V	4.5V

c) 當(dāng)UB=12V時(shí)，Ui=11.866V

此時(shí)二極管D1將導(dǎo)通，Ui被鉗位到5.7V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=5.7+(4.5-5.7)*100/(100+3000)=5.696V

UG1F大于非門的VIH=3.5V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	12V	5.7V	5.696V	0.5V	4.5V

d) 當(dāng)UB= 3.446696V時(shí)，Ui=3.464417V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=3.5V

UG1F等于非門的VIH=3.5V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	3.446696V	3.464417V	3.5V	0.5V	4.5V

e) 當(dāng)UB= 3V時(shí)，Ui=3.03V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=3.08V

UG1F小于非門的VIH=3.5V,非門G1關(guān)閉，非門G2關(guān)閉

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	3V	3.03V	3.08V	0.5V	4.5V

Uo=0.5v時(shí)，解出Ui=Uo+(UB-Uo)*(R3+R4)/(R11+R13+R3+R4)=2.96V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=2.87V

真值表如下

信號(hào)	UB	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	1	0
電壓值	3V	2.96V	2.87V	4.5V	0.5V

綜合a)~e)得出如下結(jié)論

UB<3.464417V時(shí)，Uo將輸出0.5V

UB>3.464417V時(shí)，Uo將輸出4.5V

UB>5.72183V時(shí)，Ui將被鉗位到5.7V,UG1F將被固定到5.582V，Uo將輸出4.4V

UB在3.464417V以上，都可以識(shí)別為H

當(dāng)PIN CN 輸入時(shí)，等效電路如下

Ui=UPIN+(Uo-UPIN)*R13/(R13+R3+R4)

a) 當(dāng)UPIN=4.5V時(shí)，Ui=4.5V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=4.5V

UG1F大于非門的VIH=3.5V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UPIN	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	4.5V	4.5V	4.5V	0.5V	4.5V

b) 當(dāng)UPIN=5.717961V時(shí)，Ui=5.7V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=5.66V

UG1F大于非門的VIH=3.5V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UPIN	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	5.717961V	5.7V	5.66V	0.5V	4.5V

c) 當(dāng)UB=12V時(shí)，Ui=11.8894V

此時(shí)二極管D1將導(dǎo)通，Ui被鉗位到5.7V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=5.7+(4.5-5.7)*100/(100+3000)=5.696V

UG1F大于非門的VIH=3.5V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UPIN	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	12V	5.7V	5.696V	0.5V	4.5V

d) 當(dāng)UB= 3.450033V時(shí)，Ui=3.464417V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=3.5V

UG1F等于非門的VIH=3.5V,非門G1打開，非門G2打開

真值表如下

信號(hào)	UPIN	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	3.446696V	3.465517V	3.5V	0.5V	4.5V

e) 當(dāng)UB= 3V時(shí)，Ui=3.02V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=3.07V

UG1F小于非門的VIH=3.5V,非門G1關(guān)閉，非門G2關(guān)閉

真值表如下

信號(hào)	UPIN	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	0	1
電壓值	3V	3.02V	3.07V	0.5V	4.5V

Uo=0.5v時(shí)，解出Ui=Uo+(UB-Uo)*(R3+R4)/(R11+R13+R3+R4)=2.96V

UG1F=Ui+(Uo-Ui)*R3/(R3+R4)=2.88V

真值表如下

信號(hào)	UPIN	Ui	UG1F	UG12	Uo
邏輯值	-	-	1	1	0
電壓值	3V	2.96V	2.88V	4.5V	0.5V

綜合a)~e)得出如下結(jié)論

UPIN<3.450033V 時(shí)，Uo將輸出0.4V

UPIN>3.450033V時(shí)，Uo將輸出4.4V

UPIN>5.717961V時(shí)，Ui將被鉗位到5.7V,UG1F將被固定到5.582V，Uo將輸出4.4V

UPIN在3.450033V以上，都可以識(shí)別為H

應(yīng)用物理電路可配置如下

a) 當(dāng)開關(guān)SW打開時(shí)，等同于2.4中 1）當(dāng)PIN CN 懸空，此時(shí)Uo為4.5V,為H.

b)開關(guān)SW閉合時(shí)，Uo=0.5V,為L(zhǎng).此時(shí)Ui=0.007V,UG1F=0.023V

綜合a),b)得出如下結(jié)論

可以正確識(shí)別開關(guān)打開和閉合兩種狀態(tài)

2.5.控制器與運(yùn)放比較器施密特觸發(fā)器下的GPIO主要電路結(jié)構(gòu)

其中

1）R1,R2為內(nèi)部弱上拉或弱下拉，阻值很大，一般為100k以上；

2）D1,D2為嵌位二極管，可以嵌位到-V(D2)到VCC+V(D1)之間，如果選擇硅管二極管，可以嵌位到-0.7V~5.7V；

3）R3=R4=R5=10Kohm

2.6.控制器與運(yùn)放比較器施密特觸發(fā)器下的GPIO閾值計(jì)算

因?yàn)檫\(yùn)放的書輸入阻抗很大，故在A1-和A2+的電壓約等于輸入電壓，即UPIN=V(A1-)=V(A2-)

根據(jù)GPIO輸入（上）說(shuō)明，VDIH=3.33V,VDIL=1.67V.那么設(shè)計(jì)時(shí)，保證輸入電壓V(H)>3.33V為H,V(L)<1.67V為L(zhǎng).

3. TLL觸發(fā)器、CMOS觸發(fā)器、運(yùn)放觸發(fā)器比較

1）運(yùn)放觸發(fā)器對(duì)輸入的阻抗要求不高，影響很小，閾值很穩(wěn)定

2）TLL觸發(fā)器、CMOS觸發(fā)器對(duì)輸入阻抗要求較高，外部電阻容易對(duì)閾值范圍有一定影響

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GPIO輸入驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)－按鍵控制

GPIO輸入驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)－按鍵控制寫在前面：和beep實(shí)驗(yàn)一樣，在已有的工程框架上加功能就行了，沖?。?！對(duì)了這次會(huì)對(duì)gpio的操作編寫成一個(gè)函數(shù)集合，方便調(diào)用，大家留意。1、bsp下新建key、g

發(fā)表于 12-20 19:14 ?1次下載

STM32中GPIO_Mode--GPIO配置

）GPIO_Mode_AIN 模擬輸入（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空輸入（3）GPIO_Mode_IPD 下拉

發(fā)表于 12-28 19:33 ?13次下載

STM32的GPIO輸入輸出的幾種模式的總結(jié)

最近在看數(shù)據(jù)手冊(cè)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)在Cortex-M3里，對(duì)于GPIO的配置種類有8種之多：（1）GPIO_Mode_AIN 模擬輸入（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING浮空

發(fā)表于 01-13 16:10 ?2次下載

GPIO內(nèi)部結(jié)構(gòu)及輸入輸出模式

GPIO全稱General Purpose Input Output ，即通用輸入/輸出。其實(shí)GPIO的本質(zhì)就是芯片的一個(gè)引腳，通常在ARM中所有的I/O都是通用的。不過(guò)，由于每個(gè)開發(fā)板上都會(huì)

發(fā)表于 10-08 14:37 ?5074次閱讀

GPIO輸入——按鍵檢測(cè)

按鍵檢測(cè)使用到GPIO外設(shè)的基本輸入功能，本章中不再贅述GPIO外設(shè)的概念，如您忘記了可重新回到第八章節(jié)進(jìn)行閱讀。

發(fā)表于 02-15 15:45 ?2499次閱讀

通用輸入輸出GPIO是什么

GPIO代表通用輸入/輸出。它是集成電路上的一種引腳，沒(méi)有特定功能。雖然大多數(shù)引腳都有專用用途，例如向特定組件發(fā)送信號(hào)，但 GPIO 引腳的功能是可定制的，并且可以由軟件控制。引腳模

發(fā)表于 03-23 14:04 ?1340次閱讀

詳解GPIO輸入實(shí)驗(yàn)

在前兩期的更新里，給大家介紹了STM32CubeMx的基礎(chǔ)安裝以及利用STM32CubeMx+MDK完成了GPIO輸出實(shí)驗(yàn)（點(diǎn)亮一個(gè)LED燈），今天就給大家介紹GPIO輸入實(shí)驗(yàn)—用USER按鍵來(lái)控制LD5的亮滅。

發(fā)表于 07-02 16:36 ?994次閱讀

STM32單片機(jī)的GPIO輸入、輸出模式與配置方法

STM32 單片機(jī)是一款高性能、低功耗的 32 位微控制器，具有強(qiáng)大的計(jì)算能力、靈活的外設(shè)模塊和實(shí)現(xiàn)微控制器應(yīng)用所需的社區(qū)支持。在單片機(jī)應(yīng)用中，GPIO 輸入輸出模式是必不可少的硬件接口之一。本文將介紹 STM32 單片機(jī)的

發(fā)表于 08-15 18:23 ?7798次閱讀

GPIO的四種輸入模式介紹

GPIO的介紹 GPIO （general purpose input output）是通用輸入輸出端口的簡(jiǎn)稱，通俗來(lái)講就是單片機(jī)上的引腳，在STM32中，GPIO的工作模式被細(xì)分為8

發(fā)表于 11-09 16:51 ?5928次閱讀