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GPIO推挽和开漏的名称由来和本质含义

news 2025/8/28 16:57:26

看你的电路图，我来标注各个端子：

         VDD↑S (源极)P-MOSD (漏极)├────→ 输出引脚D (漏极)N-MOSS (源极)↓VSS

详细说明：

P-MOS管：

源极(S)：连接到 VDD（电源正极）
漏极(D)：连接到输出引脚
栅极(G)：连接到输出控制信号

N-MOS管：

源极(S)：连接到 VSS（地）
漏极(D)：连接到输出引脚
栅极(G)：连接到输出控制信号

关键点：两个MOS管的漏极都连到输出引脚

        VDD│┌────┴────┐│  P-MOS  ││    S    │ 源极接VDD│    ↓    ││    D────┼───→ 漏极接输出引脚└─────────┘输出引脚┌─────────┐│    D────┼───→ 漏极接输出引脚│    ↑    ││    S    │ 源极接VSS│  N-MOS  │└────┬────┘│VSS

记忆技巧

如何记住源极和漏极的位置：

源极(Source)：电流的"源头"
- P-MOS的源极接VDD（高电位）
- N-MOS的源极接VSS（低电位）
漏极(Drain)：电流"流走"的地方
- 两种MOS的漏极都接到输出引脚

简单记法：电源端是源极，输出端是漏极。

1. 推挽输出（Push-Pull）- 名称解释

"推挽"这个名字来源于它的工作方式：

"推"(Push) → P-MOS管把引脚往上"推"到高电平（VDD）
"挽"(Pull) → N-MOS管把引脚往下"拉"到低电平（VSS）

形象比喻：
就像两个人推拉一扇门：

一个人负责"推门开"（P-MOS推高）
一个人负责"拉门关"（N-MOS拉低）
两人配合，门可以完全打开或完全关闭

电路特点：

     VDD↑P-MOS （上管：负责"推"）|──┼── 输出引脚|N-MOS （下管：负责"挽/拉"）↓VSS

2. 开漏输出（Open-Drain）- 名称解释

"开漏"这个名字的含义：

“开”（Open）：断开、开路的意思
“漏”（Drain）：指MOS管的漏极

开漏 = 漏极开路 = Drain端悬空（不连接到电源）

电路特点：

     VDD↑P-MOS （不使用，始终关闭）X──┼── 输出引脚（漏极直接连到引脚）|N-MOS （只有下管工作）↓VSS

实际应用中的区别

推挽输出的应用场景：

// 1. 驱动LED
HAL_GPIO_WritePin(LED_PORT, LED_PIN, GPIO_PIN_SET);   // LED亮
HAL_GPIO_WritePin(LED_PORT, LED_PIN, GPIO_PIN_RESET); // LED灭// 2. 产生方波信号
for(;;) {HAL_GPIO_TogglePin(SIGNAL_PORT, SIGNAL_PIN);HAL_Delay(1);
}

优点：

✅ 驱动能力强
✅ 输出速度快
✅ 不需要外部上拉电阻

缺点：

❌ 不能实现"线与"功能
❌ 不适合多个设备共享总线

开漏输出的应用场景：

// 1. I2C总线（多主机可以共享）
// SDA和SCL都配置为开漏
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;  // 或使用外部上拉// 2. 中断信号线（多个设备可以拉低同一根线）
// 任何一个设备都可以拉低INT线

优点：

✅ 可以实现"线与"逻辑
✅ 支持电平转换（如3.3V MCU连接5V设备）
✅ 多个开漏输出可以连在一起

缺点：

❌ 需要上拉电阻
❌ 上升沿速度慢（通过电阻充电）

通俗理解

推挽 = 双向主动控制

想象一个电灯开关：
- 开关向上推 → 灯亮（主动供电）
- 开关向下拉 → 灯灭（主动断电）
- 开关有完全的控制权

开漏 = 单向被动控制

想象一个泄洪闸门：
- 闸门打开 → 水流走（拉低）
- 闸门关闭 → 水位靠其他因素决定（悬空）
- 闸门只能放水，不能主动加水

选择建议

应用场景	选择	原因
LED控制	推挽	需要强驱动能力
普通IO控制	推挽	简单可靠
I2C/SMBus	开漏	协议要求，支持多主机
中断线	开漏	多个设备共享
电平转换	开漏	可适配不同电压
高速信号	推挽	边沿速度快