GPIO电路图以及上拉电阻的作用
GPIO电路图以及上拉电阻的作用
GPIO（General Purpose Input/Output）是微控制器中常见的输入输出接口，其电路设计和上拉电阻的使用对于理解嵌入式系统至关重要。本文将从普通IO口、强推挽输出和开漏级OC门三个方面，深入解析上拉电阻的作用。
一、普通IO口
当基级(②位置)为低电平时，NPN管导通，此时单片机IO口输出的是低电平；当基级(②位置)为高电平时，NPN管截止，此时单片机IO口输出的是高电平。
这里注意，④位置上是一个上拉电阻，其作用在于增强驱动能力。假设要通过单片机IO口输出电流来驱动小灯发亮，①的位置电阻一般有20k左右，发出的电流250uA，基本上可以忽略不计。加上一个上拉电阻后，总电流 = ①位置电流 + ④位置电流（①与④构成并联电路）。
为什么不设置让①的位置电阻R小一点，这样电流大一点，就不需要上拉电阻了呢？因为单片机是控制单元，设计时最好把强电流设计到外围电路里，如果设计到单片机内部，会烧坏板子。
这里体现出上拉电阻的其中一个作用——加大电流，加强了驱动的能力。
二、强推挽输出
强推挽输出意味着能输入输出大电流。前面已经提到，单片机内部最好避免设计大的电流，因此这个功能的IO要少用。
内部总线输入高电平，上面的NPN导通，则IO口输出大电流（因为上面的三极管VCC电源下面没有接上拉电阻，I = VCC/电阻+NPN内部电阻），所以IO出口的地方一般接一个电阻限流。
内部总线输如低电平，下面的NPN导通，则此时如果IO口外面接一个VCC（不带上拉电阻），就会有大电流灌输进来。
这里体现了上拉电阻的另一个作用——限流。
三、开漏级OC门
开漏状态是指当内线是高电平，则NPN的基级是低电平，此时NPN不导通，那么IO口此时相当于是悬浮在空气中的，所以无法确定它的状态（不知道是低电平还是高电平），这个状态就是开漏状态。
所以此时要向外围电路输出一个高电平是不可能的，如果想输出一个高电平，则必须在NPN的集电极上面来一个上拉电阻。这时又体现出上拉的一个作用：就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位（保持）在一个高电平上，下拉同理。
这里对于OC门还有一个应用，可以控制高电位的电路，如果外围电路需要大的电压，则可以用OC门加上拉电阻来完成这个功能，如下图所示，当内部总线为高电平，则NPN截止，最右边加一个12v的上拉电阻，使得电位钳在12v供外围电路使用。