在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中，我們在編寫程序時(shí)常常會遇到 IO 口模式的端口配置問題。然而，很多人并沒有深入探究這些配置的具體含義，這對于一名合格的嵌入式工程師來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。接下來，我們將重新梳理端口定義，重點(diǎn)探討推挽電路輸出和開漏輸出。
　　一、NPN 和 PNP 區(qū)別
　　在電子電路中，NPN 和 PNP 三極管是兩種常見的半導(dǎo)體器件，它們的工作原理和應(yīng)用場景有所不同。
　　三極管是用 B→E 的電流（IB）控制 C→E 的電流（IC），其 E 極電位最低，且在正常放大時(shí)通常 C 極電位最高，即 VC > VB > VE。而 PNP 三極管則是用 E→B 的電流（IB）控制 E→C 的電流（IC），E 極電位最高，正常放大時(shí)通常 C 極電位最低，即 VC < VB < VE。
　　如今流行的電路圖畫法遵循 “陽上陰下” 原則，也就是 “正電源在上負(fù)電源在下”。在 NPN 電路中，E 極最終都會接到地板（直接或間接），C 極最終都會接到天花板（直接或間接）；PNP 電路則相反，C 極最終接到地板，E 極最終接到天花板。
　　對于共射組態(tài)，可以粗略地把 VE 當(dāng)作 “固定” 參考點(diǎn)，通過控制 VB 來控制 VBE（VBE = VB - VE），從而控制 IB，并進(jìn)一步控制 IC（電流從電位更高的地方流進(jìn) C 極，可將 C 極看作朝上的進(jìn)水漏斗）。三極管導(dǎo)通一般取決于基極電位和射極電位的電壓差，所以在使用時(shí)，NPN 三極管的射極通常接 GND，PNP 三極管的射極通常接 VCC，以保證射極電壓狀態(tài)的確定性?！　∫砸粋€(gè) PNP 應(yīng)用電路為例，F(xiàn)M 是一個(gè)蜂鳴器，8550 是一個(gè) PNP 型的三極管，C 端接地，B 端由單片機(jī)控制，E 端通過 FM 接 VCC。根據(jù)箭頭方向，當(dāng) E 端為高電壓時(shí)，若 B 端也是高電壓，那么 E 和 C 之間斷開；當(dāng) B 端是低電壓時(shí)，E 和 C 直接導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的作用。簡單來說，三極管上箭頭所在方向的二極管，只要二極管正向?qū)?，那么三極管上下就能導(dǎo)通。

　　圖 1 PNP 應(yīng)用電路
　　二、推挽電路詳解
　　推挽電路是一種常見的功率放大電路，它由一個(gè) N 型三極管和一個(gè) P 型三極管組成。從網(wǎng)上找到的一張圖片可以看到，上面的三極管是 N 型三極管，下面的三極管是 P 型三極管，需要留意控制端、輸入端和輸出端?！　‘?dāng) Vin 電壓為 V + 時(shí)，上面的 N 型三極管控制端有電流輸入，Q3 導(dǎo)通，于是電流從上往下通過，為負(fù)載提供電流，這就是 “推” 的過程。

　　圖 2 推挽電路推的過程　　當(dāng) Vin 電壓為 V - 時(shí)，下面的三極管有電流流出，Q4 導(dǎo)通，電流從上往下流過，經(jīng)過下面的 P 型三極管為負(fù)載（Rload）提供電流，這就是 “挽” 的過程。

　　圖 3 推挽電路挽的過程
　　綜上所述，推挽（push - pull）電路通過 N 型和 P 型三極管的交替導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)了對負(fù)載的雙向驅(qū)動，能夠提供較大的功率輸出，常用于音頻功率放大、電機(jī)驅(qū)動等領(lǐng)域。
　　三、開漏電路詳解　　要理解開漏電路，我們可以先從開集電路入手。開集的意思是集電極 C 一端什么都不接，直接作為輸出端口。如果要用這種電路驅(qū)動一個(gè)負(fù)載，比如一個(gè) LED，必須接一個(gè)上拉電阻。

　　圖 4 開集電路
　　當(dāng) Vin 沒有電流，Q5 斷開時(shí)，LED 亮；當(dāng) Vin 流入電流，Q5 導(dǎo)通時(shí)，LED 滅。　　開漏電路則是把開集電路中的三極管換成場效應(yīng)管（MOSFET）。開漏輸出的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)線與功能，多個(gè)開漏輸出端可以直接連接在一起，通過上拉電阻連接到電源，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)信號的邏輯與運(yùn)算。此外，開漏輸出還可以方便地實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，適用于不同電壓等級的電路之間的信號傳輸。

　　圖 5 開漏電路
　　推挽電路輸出和開漏輸出在電子電路中都有著重要的應(yīng)用，了解它們的原理和特點(diǎn)，對于嵌入式工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和調(diào)試具有重要意義。