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刘丽

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通过 BOD 或 nReset 重置时,GPIO 是否处于高实现状态?

正如标题所说,我正在使用 ML51 来控制外部 MOS 组件,GPIO 类型在复位条件下非常重要。GPIO 是否处于高实现状态?

回帖(1)

李丽

2025-8-27 17:53:29

在 ML51 系列单片机中,当发生 BOD (Brown-Out Detector) 复位nReset (外部复位引脚复位) 时:


? GPIO 引脚默认进入高阻态 (High-Impedance State, Hi-Z) 或 输入模式 (Input Mode) 且内部上拉电阻通常被禁用。


? 详细解释和技术依据:




  1. 复位状态定义 (关键点):



    • 所有主要的复位源(包括上电复位 POR、外部复位 nReset、BOD 复位、看门狗复位 WDT、软件复位等)都会将芯片置于一个确定的初始状态。

    • 根据 NuMicro ML51 系列技术参考手册 (例如查阅 Chapter 7 ResetsChapter 8 GPIO 部分),在复位期间和复位刚完成时,所有 GPIO 引脚默认被配置为高阻态输入模式

    • 高阻态意味着:

      • 芯片内部的输出驱动器被禁用

      • 引脚与芯片内部的数字逻辑(输出路径)在电气上是断开的。

      • 引脚的电压电平不由芯片内部控制

      • 引脚的电平完全由外部连接的电路决定(例如外部上拉/下拉电阻、MOSFET 寄生电容、其他驱动源等)。


    • 内部上拉电阻: 默认情况下,在复位状态下,GPIO 引脚配置为输入模式时,内部上拉电阻通常是禁用的。这意味着复位后引脚没有内部的上拉或下拉作用力(除非手册明确说明某个特定引脚在复位后有弱上拉,但标准 GPIO 通常没有)。




  2. 为什么这不是“高电平”或“低电平”:



    • “高电平”或“低电平”状态是指芯片的输出驱动器强制将引脚拉到 VDD 或 GND(或接近它们的电平)。

    • 复位状态下的高阻态输入模式完全不驱动引脚。它让引脚“浮空”。




  3. 对控制外部 MOSFET 的重要性:



    • 由于复位(BOD 或 nReset)导致 GPIO 处于高阻态输入模式,这意味着:

      • 您的 GPIO 引脚不会主动驱动 MOSFET 的栅极为高电平或低电平。

      • MOSFET 栅极的电压完全取决于外部电路设计


    • 这通常是一个关键的设计考量点! 一个浮空的 MOSFET 栅极是极其危险的:

      • 它可能导致 MOSFET 意外导通,造成短路或功能错误。

      • 它可能导致 MOSFET 在导通和关断之间振荡,产生功耗甚至损坏器件。

      • 它使得 MOSFET 极易受到噪声干扰





  4. 如何确保 MOSFET 在复位时的安全状态:



    • 为了确保在复位(包括 BOD 和 nReset)期间 MOSFET 处于安全的关断状态(假设 N-MOSFET 作为低侧开关控制负载接地):

      • 必须使用外部下拉电阻: 在 MOSFET 的栅极(连接到 ML51 的 GPIO 引脚)和源极(通常是 GND)之间,必须连接一个外部下拉电阻(典型值 10KΩ - 100KΩ)。

      • 作用:

        • 当 GPIO 处于复位高阻态时,该电阻将栅极可靠地拉低(拉到 GND),确保 MOSFET 关断

        • 当 GPIO 被配置为输出并被软件驱动为低电平时,下拉电阻通常不会冲突(驱动低电平的能力远强于下拉电阻)。

        • 当 GPIO 驱动高电平时,它能提供克服下拉电阻的电流来开启 MOSFET。



    • 对于 P-MOSFET(通常作为高侧开关控制负载到 VDD),则需要使用连接到 VDD 的外部上拉电阻来确保复位时关断。




? 总结:



  • 在 ML51 发生 BOD 复位nReset 复位时,GPIO 引脚默认处于 高阻态输入模式 (Hi-Z Input)

  • 这不是“高电平”状态,也不是“低电平”状态。 芯片内部不驱动引脚电平。

  • 引脚的电压完全由外部电路决定

  • 对于控制外部 MOSFET 至关重要: 必须使用外部下拉电阻(N-MOSFET)或外部上拉电阻(P-MOSFET)连接到 MOSFET 的栅极,以确保在复位期间(当 GPIO 高阻态时)MOSFET 处于确定的安全关断状态。绝对不能依赖芯片在复位时自动驱动栅极为低电平。


? 强烈建议:



  1. 在您的原理图上,为每个用于控制 MOSFET 的 GPIO 引脚明确添加外部下拉(N-MOS)或上拉(P-MOS)电阻。

  2. 仔细查阅 NuMicro ML51 Series Technical Reference ManualResetsGPIO 章节,验证复位后 GPIO 的默认配置描述。查找关键词 reset state, default mode, initial state, GPIO。手册中的时序图或寄存器复位值表也能提供佐证(GPIO 模式控制寄存器和数据寄存器的复位值通常指向输入模式且输出无驱动)。

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