IIC為何使用開(kāi)漏輸出和上拉電阻-KIA MOS管

IIC-開(kāi)漏輸出、上拉電阻

推挽輸出和開(kāi)漏輸出

推挽輸出:輸出邏輯0，則N-MOS激活；輸出邏輯1，則P-MOS激活。開(kāi)漏輸出:在不接上拉電阻時(shí),輸出邏輯0，則N-MOS激活；輸出邏輯1，P-MOS不會(huì)激活,不會(huì)輸出高電平。在接上拉電阻時(shí),輸出邏輯0，則N-MOS激活；輸出邏輯1，P-MOS激活,可以輸出高電平。

也就是說(shuō)開(kāi)漏輸出如果不接上拉電阻,沒(méi)有輸出高電平的能力。如果需要開(kāi)漏輸出有輸出高電平的能力需要接一個(gè)上拉電阻.目前很多單片機(jī)GPIO可以通過(guò)軟件配置上拉電阻。

左圖為開(kāi)漏輸出(接上拉電阻),右圖為推挽輸出

開(kāi)漏輸出的作用

防止短路:在一些情況下(比如總線),多個(gè)GPIO口可能會(huì)連接在同一根線上,存在某個(gè)GPIO輸出高電平,另一個(gè)GPIO輸出低電平的情況.如果使用推挽輸出,你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)GPIO的VCC和另一個(gè)GPIO的GND接在了一起,也就是短路了(涼涼了).如果換成開(kāi)漏輸出呢?VCC和GND多了個(gè)電阻,這樣電路就是安全的.所以總線一般會(huì)使用開(kāi)漏輸出。

線與:開(kāi)漏輸出還能實(shí)現(xiàn)線與(自行百度),減少一個(gè)與門(mén),簡(jiǎn)化電路。

IIC為什么用開(kāi)漏輸出和上拉電阻

IIC協(xié)議支持多個(gè)主設(shè)備與多個(gè)從設(shè)備在一條總線上,如果不用開(kāi)漏輸出,而用推挽輸出,會(huì)出現(xiàn)主設(shè)備之間短路的情況。

至于為什么需要上拉電阻,那是因?yàn)镮IC通信需要輸出高電平的能力.為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)主設(shè)備搶占總線時(shí)的仲裁.IIC只有兩根線(SCL和SDA),怎么判斷哪個(gè)主設(shè)備占用總線(當(dāng)然是先來(lái)后到了).假設(shè)主設(shè)備A需要啟動(dòng)IIC,他需要在SCL高電平時(shí),將SDA由高電平轉(zhuǎn)換為低電平作為啟動(dòng)信號(hào).主設(shè)備A在把SDA拉高后,它需要再檢查一下SDA的電平。

為什么?因?yàn)榫€與.如果主設(shè)備A拉高SDA時(shí),已經(jīng)有其他主設(shè)備將SDA拉低了.由于1&0=0那么主設(shè)備A在檢查SDA電平時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)不是高電平,而是低電平.說(shuō)明其他主設(shè)備搶占總線的時(shí)間比它早,主設(shè)備A只能放棄占用總線.如果是高電平,則可以占用。

這就是開(kāi)漏輸出在IIC通信中的另一個(gè)作用。SDA是高電平,說(shuō)明主設(shè)備A可以占用總線,然后主設(shè)備A將SDA拉低,開(kāi)始通信.SDA是低電平,說(shuō)明有人已經(jīng)捷足先登了,主設(shè)備A不能占用總線,結(jié)束通信.因此,模擬IIC一定要將GPIO端口設(shè)置為開(kāi)漏輸出并加上上拉電阻.(硬件IIC會(huì)自動(dòng)配置為開(kāi)漏輸出)。

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