USART和SPI用开漏输出还是推挽输出

USART（通用同步/异步收发传输器）和SPI（串行外设接口）是两种常见的通信协议，它们用于微控制器和各种外围设备之间的通信。在实际应用中，选择开漏输出（Open-Drain）还是推挽输出（Push-Pull）模式取决于电路设计的具体要求和外部设备的电气特性。

开漏输出：
- 在开漏输出模式下，输出引脚可以被配置为低电平输出，但是高电平输出时需要外部上拉电阻。
- 开漏模式可以方便地实现线“与”（Wired-AND）功能，因此在多主机环境中很有用，比如多个设备共享同一条数据线。
- 开漏输出适合用于驱动电流较大的负载，或者当需要驱动多个输出时。

推挽输出：
- 推挽输出模式下，输出引脚可以直接输出高电平和低电平。
- 这种模式下信号电平转换速度快，不需要外部上拉电阻。
- 推挽输出适合于电流要求不大的情况，以及不需要线“与”功能的场合。

在USART和SPI通信中，通常使用推挽输出，因为这样可以获得更好的信号完整性和更快的数据传输速率。然而，如果系统设计中有特殊需求，比如要求有线“与”功能，或者需要降低功耗，可能会选择开漏输出。

在实际设计中，还需要考虑使用的微控制器的具体引脚特性、外部设备的电气规范以及整个系统的电源管理等因素。建议在设计前详细阅读微控制器的数据手册和外部设备的技术规范。

相关问题

开漏输出，推挽输出，复用开漏输出，复用推挽输出

GPIO（通用输入/输出）的几种工作模式：

1. **推挽输出**[^1]：这种模式下，GPIO引脚可以驱动电路直接到逻辑高（Vcc）或低（GND），通过两个互补的MOSFET实现，使得信号具有较强的驱动能力，适合于需要强电流驱动的场合。

2. **开漏输出**：在这种模式下，GPIO不会主动维持一个电压极性，而是当被外部拉低时，输出低电平；当无外部拉低时，它呈现高阻态，即不向负载提供电源，仅作为连接其他电路的一个点。这对于需要与其他电路共地的情况非常有用。

3. **复用推挽输出**：这是针对某些微控制器设计的，其中一些GPIO引脚不仅可用于基本的推挽输出，还可以通过配置复用功能，用于高级接口，如SPI、I2C或USART等，但仍然保留了推挽输出的能力。

4. **复用开漏输出**：与复用推挽类似，这些GPIO可以在保留其基础功能的同时，通过外设控制转换为开漏模式，以支持特定接口的线驱动需求。

举例来说，如果你有一个GPIO引脚，设置为复用开漏输出，你可以这样操作:

# 假设我们有GPIO Pin X配置为复用输出
pin_x = GPIO.setup(X, GPIO.OUT | GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

# 当需要驱动接口时
if pin_x.value == GPIO.HIGH:
    # 推挽模式，直接驱动负载
    GPIO.output(pin_x, GPIO.LOW)
else:
    # 外设控制下的开漏模式，保持高阻态
    pass

# 当需要使用接口时，比如SPI/I2C
spi.begin()
spi.transfer(data)
spi.end()

使用stm32f103c8t6和ZE08甲醛传感器建立联系，同时使用SPI通信的OLED模块显示甲醛浓度，甲醛传感器接PB10和PB11，SPI OLED的SCK接PA5和MOSI接PA7传输数据,SPI OLED的 CS 引脚连接到STM32的PB0引脚，RES 引脚（复位）连接到STM32的PB1引脚，DC 引脚（数据/命令标志位）连接到STM32的PA4引脚,设计程序

以下是使用stm32f103c8t6和ZE08甲醛传感器建立联系，同时使用SPI通信的OLED模块显示甲醛浓度的程序：

#include "stm32f10x.h"
#include "oled.h"
#include "ze08.h"

int main(void)
{
    // 初始化SPI
    SPI1_Init();
    // 初始化OLED
    OLED_Init();
    
    // 初始化甲醛传感器
    ZE08_Init();
    
    while (1)
    {
        // 读取甲醛浓度
        float formaldehyde = ZE08_Read();
        
        // 将甲醛浓度转换为字符串
        char str[10];
        sprintf(str, "%.2f", formaldehyde);
        
        // 在OLED上显示甲醛浓度
        OLED_Clear();
        OLED_ShowString(0, 0, "Formaldehyde:");
        OLED_ShowString(0, 2, str);
        OLED_ShowString(84, 2, "ppm");
        
        // 延时一段时间
        Delay_ms(1000);
    }
}

其中，`SPI1_Init()`是初始化SPI的函数，`OLED_Init()`是初始化OLED的函数，`ZE08_Init()`是初始化甲醛传感器的函数，`ZE08_Read()`是读取甲醛浓度的函数，`OLED_Clear()`是清空OLED屏幕的函数，`OLED_ShowString()`是在OLED屏幕上显示字符串的函数，`Delay_ms()`是延时函数，用于控制OLED屏幕的显示速度。

以下是SPI初始化函数的代码：

void SPI1_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
    
    // 打开SPI1和GPIOA、GPIOB的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1 | RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    
    // 配置PA5和PA7为复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 配置PB0和PB1为推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    // 配置PA4为推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // SPI主机模式，时钟速度为36MHz/4=9MHz
    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
    
    // 使能SPI1
    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

以下是OLED初始化函数的代码：

void OLED_Init(void)
{
    // 复位OLED
    OLED_RST = 0;
    Delay_ms(100);
    OLED_RST = 1;
    
    // 设置OLED显示模式
    OLED_WriteCmd(0xAE); // 关闭OLED显示
    OLED_WriteCmd(0x00); // 设置列地址低位
    OLED_WriteCmd(0x10); // 设置列地址高位
    OLED_WriteCmd(0x40); // 设置起始行地址
    OLED_WriteCmd(0xB0); // 设置页地址
    OLED_WriteCmd(0x81); // 设置对比度
    OLED_WriteCmd(0xCF); // 对比度值（0-255）
    OLED_WriteCmd(0xA1); // 设置段重定向
    OLED_WriteCmd(0xA6); // 设置正常显示
    OLED_WriteCmd(0xA8); // 设置多路复用比
    OLED_WriteCmd(0x3F); // 多路复用比值
    OLED_WriteCmd(0xC8); // 设置扫描方向
    OLED_WriteCmd(0xD3); // 设置显示偏移
    OLED_WriteCmd(0x00); // 偏移值
    OLED_WriteCmd(0xD5); // 设置显示时钟分频
    OLED_WriteCmd(0x80); // 分频值
    OLED_WriteCmd(0xD9); // 设置预充电周期
    OLED_WriteCmd(0xF1); // 周期值
    OLED_WriteCmd(0xDA); // 设置COM硬件引脚配置
    OLED_WriteCmd(0x12); // 引脚配置值
    OLED_WriteCmd(0xDB); // 设置VCOMH电压倍率
    OLED_WriteCmd(0x40); // 倍率值
    OLED_WriteCmd(0x8D); // 设置电荷泵
    OLED_WriteCmd(0x14); // 开启电荷泵
    OLED_WriteCmd(0xAF); // 开启OLED显示
}

以下是甲醛传感器初始化函数的代码：

void ZE08_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    
    // 打开USART3和GPIOB的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    
    // 配置PB10和PB11为复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    // USART3配置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    
    // 使能USART3
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

以下是读取甲醛浓度的函数的代码：

float ZE08_Read(void)
{
    uint8_t buf[9];
    float formaldehyde = 0.0f;
    
    // 发送读取命令
    USART_SendData(USART1, 0xFF);
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
    buf[0] = USART_ReceiveData(USART1);
    if (buf[0] != 0x17) return formaldehyde;
    
    USART_SendData(USART1, 0x17);
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
    buf[1] = USART_ReceiveData(USART1);
    if (buf[1] != 0x17) return formaldehyde;
    
    USART_SendData(USART1, 0x01);
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
    buf[2] = USART_ReceiveData(USART1);
    if (buf[2] != 0x17) return formaldehyde;
    
    USART_SendData(USART1, 0x86);
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
    buf[3] = USART_ReceiveData(USART1);
    if (buf[3] != 0x17) return formaldehyde;
    
    USART_SendData(USART1, 0x00);
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
    buf[4] = USART_ReceiveData(USART1);
    if (buf[4] != 0x17) return formaldehyde;
    
    USART_SendData(USART1, 0x00);
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
    buf[5] = USART_ReceiveData(USART1);
    if (buf[5] != 0x17) return formaldehyde;
    
    USART_SendData(USART1, 0x00);
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
    buf[6] = USART_ReceiveData(USART1);
    if (buf[6] != 0x17) return formaldehyde;
    
    USART_SendData(USART1, 0x00);
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
    buf[7] = USART_ReceiveData(USART1);
    if (buf[7] != 0x17) return formaldehyde;
    
    USART_SendData(USART1, 0x17);
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
    buf[8] = USART_ReceiveData(USART1);
    if (buf[8] != 0x17) return formaldehyde;
    
    // 计算甲醛浓度
    formaldehyde = (buf[2] * 256 + buf[3]) / 100.0f;
    
    return formaldehyde;
}

以上代码仅供参考，具体实现要根据实际硬件和软件环境进行调整。