!!單片機(jī)，arduino，輸入引腳的問題?想通過按鍵開關(guān)得到一個(gè)信號(hào)，然后控制一些別的東西
用的一段代碼的片段：
pinMode(8,INPUT);
digitalWrite(8,HIGH);
問題1：我把8號(hào)引腳定義為輸入引腳了，然后再把他定義為高電平，
總覺得我不是讓它輸入了嗎，再digitalWrite不就輸出了又，總覺得有點(diǎn)奇怪啊，
這個(gè)digitalWrite電氣上是怎樣的一個(gè)過程？
問題2：開關(guān)一頭接地，一頭接8號(hào)引腳，開關(guān)一按，8號(hào)引腳成功讀出了低電平；
如果反過來，8號(hào)引腳digitalWrite為LOW，然后通過開關(guān)給8號(hào)接入個(gè)高電平，
8號(hào)又成功讀出了高電平。。。
為什么這個(gè)輸入引腳本來自己是有電壓的（或高或低），卻又被輸入信號(hào)所決定？
貌似和問題一類似。read和write是怎么個(gè)過程？
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6 個(gè)回答實(shí)名反對@李赧郎 和某匿名用戶拿STM32來講解Arduino。STM32的IO口結(jié)構(gòu)跟Arduino的AVR還是有區(qū)別的。根據(jù)STM32的數(shù)據(jù)手冊來學(xué)習(xí)AVR會(huì)造成誤導(dǎo)。引用@李赧郎 自己的一句話：
玩arduino的還是要老老實(shí)實(shí)的看單片機(jī)手冊、學(xué)習(xí)硬件原理的，不看手冊、不看原理上來就用自然會(huì)有問題。 首先要明確IO口的幾種常見模式。對于數(shù)字IO而言，常見的模式有：推挽輸出、開漏輸出、浮空輸入（高阻輸入）、上拉輸入、下拉輸入。STM32支持上述的所有模式，但很多單片機(jī)并不是支持上述所有模式。比如Arduino采用的AVR單片機(jī)就不支持開漏輸出和下拉輸入。 第 二要明確“輸入阻抗”和“輸出阻抗”的概念。例如當(dāng)IO口輸出一個(gè)高電平時(shí)，IO口內(nèi)部并非像機(jī)械開關(guān)那樣把一根線直接插到了電源正極上，IO引腳和電源 正極之間其實(shí)還有電阻的存在。當(dāng)這個(gè)電阻很小的時(shí)候，我們稱之為“強(qiáng)”，當(dāng)這個(gè)電阻較大時(shí)，我們稱之為“弱”。這個(gè)電阻的一端當(dāng)然接的是IO引腳，另一端 如果接到電源正極，則成為上拉電阻，如果接地，則稱為下拉電阻。 先說輸出模式。對于Arduino，用pinMode將IO口設(shè)為 OUTPUT的時(shí)候，其實(shí)IO的狀態(tài)為“強(qiáng)推挽”，也就是說設(shè)為高電平時(shí)，IO口對電源正極的電阻比較?。◤?qiáng)上拉），設(shè)為低電平時(shí)IO口對地的電阻也比較 ?。◤?qiáng)下拉），這樣IO口就具備了較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。其實(shí)也沒有強(qiáng)到哪里去，大概幾十毫安，能點(diǎn)亮LED而已。這里順便提一下常見的51單片機(jī)，它的IO口 總是接通了一個(gè)上拉電阻，這個(gè)上電阻比較大，所以稱為弱上拉，所以51單片機(jī)的拉電流驅(qū)動(dòng)能力（IO引腳高電平時(shí)電流從IO引腳流向外部電路的能力）比較弱，大概只有5mA左右，這通常只能讓LED發(fā)出很微弱的光，所以51單片機(jī)IO口點(diǎn)亮LED的方式通常為灌電流（電流從外部電路流入IO引腳）。 再 說輸入模式。對于Arduino，用pinMode將IO口設(shè)為INPUT的時(shí)候，其實(shí)IO的狀態(tài)為浮空輸入，浮空輸入也稱高阻輸入，也就是說輸入阻抗非 常高。理想狀態(tài)下，可以認(rèn)為輸入阻抗是無窮大的，大到就像這個(gè)引腳斷路了一樣。就像一個(gè)浮在空中的金屬絲一樣，沒有連上任何電路，你讓它的電壓是多少，它 的電壓就是多少。這樣做是有意義的，因?yàn)橹挥休斎胱杩棺銐虼螅拍芙邮盏轿⑷醯男盘?hào)。如果輸入阻抗不夠大，比如輸入端跟地之間有一個(gè)1kΩ的電阻，那微弱 的輸入信號(hào)很可能就被直接拉到0V，檢測不出來了。但是浮空輸入并非在任何情況下都是最好的選擇，比如題主在接開關(guān)時(shí)。開關(guān)一頭接IO口，一頭接地。按下 時(shí)把IO口拉到0V，讀取，低電平，完全符合預(yù)期，贊！但是如果開關(guān)沒有按下，讀取，IO這時(shí)實(shí)際上沒有接到任何地方，處于浮空狀態(tài)，IO口上其實(shí)沒有電 壓，或者說可能是任何的電壓，這時(shí)讀取IO口就會(huì)發(fā)現(xiàn)讀到的值是不一定的。有時(shí)高有時(shí)低，用手摸一下那個(gè)引腳，都會(huì)使得讀到的值抖動(dòng)，傻眼了，咋辦？ 這 時(shí)就需要上拉電阻來救場了，準(zhǔn)確地說是弱上拉。Arduino的AVR單片機(jī)內(nèi)置了上拉電阻，只要通過程序打開就可以，開啟上拉電阻后，IO口會(huì)通過一個(gè) 比較大的電阻（比如100kΩ）接到電源正極，盡管是比較大的電阻，但這個(gè)電阻仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于IO口浮空的輸入阻抗，所以這個(gè)電阻就可以在IO口沒有外部輸 入時(shí)把IO口的電平可靠維持在一個(gè)比較高的水平，讀出的也都是高電平了。 這個(gè)時(shí)候就可以回答題主的問題了。 問題1問的是 為什么可以對一個(gè)輸入引腳執(zhí)行write操作。答案就是，當(dāng)對一個(gè)已經(jīng)設(shè)定為輸入狀態(tài)的IO口digitalWrite為HIGH時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)這個(gè)引腳的 上拉電阻。沒有為什么，Arduino在實(shí)現(xiàn)digitalWrite這個(gè)函數(shù)時(shí)就是這么寫的。很扯淡對吧？這其實(shí)是一個(gè)歷史遺留問題，Arduino在 早期的版本中并未封裝對上拉電阻的操作，在那個(gè)時(shí)候，你的這種開關(guān)電路只能在外部連接一個(gè)上拉電阻。在Arduino 1.0之后，才在其庫中支持了上拉電阻。其實(shí)更好的方法是修改pinMode函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，將INPUT分為INPUT_FLOATING和 INPUT_PULLUP。但這就意味著之前所有玩家們開發(fā)的代碼都需要修改后才能運(yùn)行，于是Arduino就想出了這么一個(gè)歪招，用 digitalWrite實(shí)現(xiàn)了上拉。需要注意的是，AVR不具備內(nèi)置的下拉電阻，所以對已經(jīng)設(shè)為INPUT的引腳digitalWrite為LOW，是 沒有任何效果的。 問題2是為什么可以對一個(gè)已經(jīng)有電壓的引腳再接入別的電壓，從而改變其電壓，而不會(huì)造成短路。答案就是4個(gè)字——“輸出阻抗”。剛 才說了在輸入引腳上的上拉電阻是個(gè)弱上拉，所以當(dāng)你把弱上拉到高電平的引腳接地時(shí)，就相當(dāng)于把電源正極和地之間連接了一個(gè)很大的電阻（例如100kΩ）， 假設(shè)弱上拉電阻是100kΩ，根據(jù)歐姆定律，只有50μA的電流從中通過，完全不會(huì)帶來傷害。但是如果你把設(shè)為輸出狀態(tài)的引腳設(shè)為高電平后再接地，情況就 很不一樣了。由于輸出高電平時(shí)是強(qiáng)上拉的，直接接地的電流可能在50mA以上，超過了輸入狀態(tài)接地電流的1000倍。這其實(shí)就是所謂的短路了，所以一定不 要這樣做，一個(gè)引腳長時(shí)間短路是可能造成這個(gè)引腳甚至整個(gè)單片機(jī)損壞的。 其實(shí)我認(rèn)為這個(gè)題目并不需要貼圖解釋，因?yàn)锳rduino本身的設(shè)計(jì)初衷就是避免用戶接觸IO口內(nèi)部結(jié)構(gòu)這種底層細(xì)節(jié)。但是為了糾正其他知友的錯(cuò)誤，我還是從真正的AVR數(shù)據(jù)手冊里截了一張簡化版的IO口等效電路圖，其中的Rpu就是那個(gè)傳說中的上拉電阻。  說完了，可以點(diǎn)贊了。 我拿STM32的管腳結(jié)構(gòu)圖改改示意一下，都差不多的。
能看到輸入和輸出是2條線，我打紅圈的就是你模式控制的開光，上下開光是互斥的，一個(gè)打開另一個(gè)就關(guān)閉。 所以當(dāng)你選擇輸入時(shí)，上面的線路就打開，外面的信號(hào)就可以通過TTL肖特基觸發(fā)器進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部的輸入數(shù)據(jù)寄存器，然后被你的程序判斷是高還是低。 此時(shí)，你寫digitalWrite(8,HIGH);，只是把一個(gè)高電壓寫到了輸出數(shù)據(jù)寄存器，因?yàn)檩敵隹刂剖顷P(guān)閉的，信號(hào)沒有輸出出去，所以不會(huì)和輸入信號(hào)沖突。 另一種情況，如果管腳是輸出模式，圖中的P-mos或N-mos就要打開了，這時(shí)你如果強(qiáng)制管腳到一個(gè)不對的電壓上是會(huì)損壞管腳的。比如管腳輸出低，但被強(qiáng)行接到電源上。所以輸入腳都一般穿個(gè)電阻來限流。  玩arduino的還是要老老實(shí)實(shí)的看單片機(jī)手冊、學(xué)習(xí)硬件原理的，不看手冊、不看原理上來就用自然會(huì)有問題。
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