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高阻态输入模式

MCU管脚的高阻态模式是电路的一种输出或输入状态。在这种状态下，电路的输入端或输出端对地或对电源的电阻非常大，在实际应用中与引脚悬空类似。

• 电气特性

1、高电阻值：高阻态的管脚电阻极高，这使得通过该管脚的电流非常小，接近于零。这样的特性使得该管脚在电路中的电流驱动能力极弱，对电路中的电流分布影响极小。
2、电平不确定性：处于高阻态的管脚，其电平状态不确定。如果用万用表测量，测量结果可能是高电平，也可能是低电平，具体取决于该管脚后面所连接的电路元件。

• 工作原理

通常由三态缓冲器等电路元件实现。以一个简单的三态缓冲器为例，当使能信号E有效（高电平）时，缓冲器正常工作，根据输入信号IN输出相应的高电平或低电平；

当使能信号E无效（低电平）时，缓冲器的输出端处于高阻态，即输出端的上下两个晶体管都截止，如同开路状态，对后级电路没有电流或信号的驱动能力。

• 实际应用

1、总线连接：
在总线结构中，总线上会挂接多个设备。当某个设备不占用总线进行通信时，其对应的管脚可以设置为高阻态，这样可以自动释放总线，方便其他设备获得总线的使用权，避免多个设备同时驱动总线导致的冲突和混乱。例如在I²C总线协议中，当设备处于非激活状态时，它们的输出端呈现高阻态，不影响总线上其他设备的通信。

2、输入模式：
在一些需要监测外部信号变化，但又不希望对外部电路产生影响的情况下，可以将管脚设置为高阻态输入模式。此时，管脚如同一个具有极大内阻的“监测器”，能够感知外部信号的电平变化，同时由于其输入电阻极大，对前级电路的影响极小。

3、电路隔离：
当需要将电路中的某一部分与其他部分进行隔离时，高阻态可以起到很好的隔离作用。通过将特定的管脚设置为高阻态，可以阻止电流或信号在不同部分之间的不必要传输，提高电路的稳定性和可靠性。

一、区别于浮空输入

1. 定义：

• 悬空输入：逻辑器件的输入引脚既不接高电平，也不接低电平，让管脚处于不与任何电平连接的状态，通俗讲就是引脚什么都不接，浮在空中。

2. 对电路的影响：

• 高阻态输入：输入电阻极大，对前级电路的影响极小。当处于高阻态输入的引脚连接到电路中时，因其呈现高阻特性，如同一个断开的开关，几乎不会从前级电路吸收电流，所以不会干扰前级电路的正常工作。这一特性使得高阻态输入在连接驱动能力弱的外部设备时很有优势，能够准确读取外部设备输出的电平信号。
• 悬空输入：引脚悬空时，由于没有明确的电平连接，其电平状态是不确定的，容易受到外界电磁干扰等因素的影响，可能导致读取到的电平信号不稳定或出现错误。在实际运用中，不建议让引脚悬空，因为这可能会给电路的正常工作带来隐患。

3. 应用场景：

• 高阻态输入：常用于总线连接的结构中，例如在I2C、SPI等总线通信协议中，当一个设备不参与通信时，其输入输出端口可以设置为高阻态，这样可以避免对总线上其他设备的通信产生干扰。同时，在一些需要精确测量输入信号的电路中，也会使用高阻态输入来提高测量的准确性。
• 悬空输入：一般情况下应尽量避免引脚悬空，但在某些特殊的实验、调试场景或者对电路稳定性要求不高的简单电路中，可能会暂时让引脚悬空以便进行测试或观察。不过，这种情况只是临时的，在正式的电路设计中通常需要对悬空引脚进行处理，如接上拉电阻或下拉电阻来确定其电平状态。

二、高阻态输入的优点

MCU管脚的高阻态输入模式，也叫浮空输入，即上拉电阻禁止，下拉电阻也禁止。在没有连接外设时，该管脚的电平既不是高电平，也不是低电平，相当于悬空的。只有连接了外设，该管脚的电平才是确定的，要么高电平，要么低电平，就是说该管脚的电平却将于外设的电平。

输入管脚设为高阻态时，内部相当于对电源和对地都是开路（断开）状态，好像一个内阻很大的万用表监控管脚一样。

优点一：内阻非常大，管脚输入电流有轻微波动都能识别到，电压等于电阻乘以电流。

优点二：如果设为高阻态，当管脚连接的外设驱动能力非常弱，也不会误读电平状态。如果设为上拉输入，当管脚连接的外设驱动能力非常弱，即使外设是低电平，管脚也会误读为高电平。

管脚设为高阻态输出模式，缓冲器有使能和输入和输出，当使能为低电平时，无论输入是什么电平，输出都是高阻态，既不是高电平也不是低电平，阻抗非常大，相当于开路。

输出高阻态一般用在I2C、SPI等总线通信协议上，总线上挂有一个主设备和多个从设备，未参与通信的从设备需要设为高阻态输出，才不会影响总线上正在通信的从设备。