来源：智慧事儿
开路集电极的输出结构如图1所示。右边三极管的集电极没有接任何东西，所以叫集电极开路。左边的晶体管用于反相，所以当输入为0 & gt；输出也是0 & gt；对于图1，当左端的输入是0 & gt；前三极管关断，所以通过1k电阻给右三极管施加5v电源，右三极管导通；当左端的输入是1 ，前三极管开启，后三极管关闭。
当我们将图1简化为图2时，很明显，当开关闭合时，输出直接接地，因此输出电平为0。当开关关断时，输出暂停，即高阻态。此时，水平状态未知。如果后置电阻负载到地，输出端的电平会被这个负载拉低，所以这个电路不能输出高电平。
图3中的1k电阻是上拉电阻。如果开关闭合，电流将流过1k电阻和开关。但由于开关闭合时电阻为0(方便我们讨论，实际中开关电阻不为0，三极管也有饱和压降)，开关上的电压为0，即输出电平为0。如果开关关断，由于开关电阻无穷大(同上，不考虑实际漏电流)，流过它的电流为零，所以1k电阻两端的压降也为零，所以输出端的电压为5v，这样就可以输出高电平。
但是这个输出的内阻是——，也就是1k。如果连接一个电阻为R的负载，通过分压可以计算出最终输出电压为5*r/(r 1000) V。因此，如果要达到某个电压，R不能太小。如果R真的太小，导致输出电压不足，那么我们只能通过降低1k的上拉电阻来增加驱动能力。
但是上拉电阻不能太小，因为开关闭合时会产生电流，上拉电阻的值是有限的，因为能流过开关的电流是有限的。另外，要考虑到当输出电平较低时，负载也可能提供一部分电流流过开关。因此，有必要根据这些电流考虑因素选择合适的上拉电阻。
如果我们将用于读取数据的输入端连接到输出端，这将是一个IO端口。51的IO口是这样的结构，P0口内部没有上拉，其他三个口内部有上拉。当我们要使用输入功能时，只需要将输出端口设置为1，相当于开关关断，对于端口P0来说，就是高阻态。
排水明沟
对于开漏(OD)输出，它非常类似于集电极开路输出。用场效应晶体管代替上面的三极管。这样集电极就成了漏极，OC成了OD。原理分析是一样的。OC门主要用在三个方面：实现与/或逻辑、电平移位和驱动器。
开漏电路的特性
利用外部电路的驱动能力，减少IC内部的驱动，或者驱动高于芯片电源电压的负载。
一条线路可以连接多个开漏引脚。通过一个上拉电阻，在不增加任何器件的情况下形成AND逻辑关系。这也是I2C、SMBus等公交车判断公交车占用状态的原则。
因为漏级是开路的，所以后级电路必须接一个上拉电阻，上拉电阻的电源电压可以决定输出电平。这样就可以进行任何级别的转换。
开源提供了灵活的输出方式，但也有它的软肋，就是上升沿的延迟。因为上升沿通过外接一个无源电阻给负载充电，电阻小的时候延时小，但是功耗高。反之，延迟大，功耗小。因此，如果对延迟有要求，建议使用下降沿输出。
推挽输出
另一种输出结构是推挽输出。推挽输出的结构是把上拉电阻改成开关。当要输出高电平时，上开关接通，下开关断开。当要输出低电平时，情况正好相反。
与OC或OD相比，这种推挽式结构无论在高低水平都有很强的驱动能力。如果两个输出电平不同的输出端口连接在一起，会产生很大的电流，可能会烧坏输出端口。但是上面说的OC或者OD输出不会有这种情况，因为上拉电阻提供的电流比较小。如果要将推挽输出设置为高阻态，必须同时关断两个开关(或者在输出端口使用传输门)，可以作为输入状态。AVR单片机的一些IO口就是这种结构。
两种形式的驱动电路
单片机内部逻辑经过内部逻辑运算后需要输出到外部，外部器件可能需要大电流驱动，所以单片机输出端口必须有驱动电路。
1、使用N型晶体管。
其中一种是使用N型三极管3354NPN或N沟道。以NPN三极管为例，即E接地，B接内部逻辑运算，C引出。可以内部驱动B来控制三极管是否导通，但如果三极管的C极一直悬空，那么尽管B极上有高低变化，C极上也不会有高低变化。所以在这样的条件下，必须外接一个电阻，电阻的一端接在C(引线脚)另一端的电源上，这样当三极管的B电压高时，C电压低，而B电压低时，三极管被阻断，在电阻的拉动下，C极高。
这种驱动电路有个特点：低压用三极管驱动，高压用电阻驱动，——上下不对称。三极管导通时ec内阻很小，可以提供很大的电流，可以直接驱动led甚至继电器，但是电阻的驱动有限，最大高电平输出电流=(VCC-VH)/r
2、使用两个晶体管。
另一种是互补推挽输出，使用两个晶体管，一个在顶部，另一个在底部。上面的是N型，下面的是P型(以三极管为例)。两个晶体管的连接是：NPN的C(上)接VCC，PNP的C(下)接地，两个晶体管的ee和bb连接，其中ee是输出(引出脚)，bb接内部逻辑。该电路通常用于功率放大器电路的最后一级(音频)。当bb接高电压时，NPN管导通输出高电压。因为三极管的ec电阻很小，所以输出的高压驱动能力很强。当bb与低电压连接时，NPN关断，PNP导通。由于三极管的ec电阻很小，输出的低电压驱动能力很强。
举个简单的例子，当9013打开时，ec电阻小于10欧姆。按Vh=2.5v，VCC=5v计算，最大高电平输出电流=250MA，短路电流500ma。这个计算也告诉我们，采用推挽输出时一定要注意不要有外部电路短路的可能，否则芯片肯定会被烧坏，尤其是外部驱动三极管时，don 别忘了在三极管的基极加一个限流电阻。推挽电路有很多种形式。有些单片机自上而下使用N型管，但内部逻辑提供互补输出。上面的描述只是为了解释推挽的原理。更深入的了解，可以参考功放电路。
上拉阻力和弱上拉
上拉电阻很大，提供的驱动电流很小，称为弱上拉，反之亦然。
1、为什么要使用拉电阻？
上拉是通过一个电阻将不确定信号嵌入高电平，这个电阻也起到限流的作用，下拉也是一样。上拉是注入器件的电流，下拉是输出电流。弱或强只是上拉电阻阻值的不同，没有严格的区分。
对于非OC和OD输出电路，提升电流和电压的能力有限。上拉电阻的作用主要是为集电极开路输出电路输出电流通道。
2、上拉电阻的主要应用：
当TTL电路驱动COMS电路时，如果TTL电路的输出高电平低于COMS电路的最低高电平(一般为3.5V)，则需要在输出端连接一个上拉电阻
为了增加输出引脚的驱动能力，有些单片机引脚往往使用上拉电阻，但当用OC门驱动(比如控制一个LED)时，可以省略上拉电阻。
在COMS芯片中，为了防止静电损坏，不用的管脚可以不要被挂断。通常，连接上拉电阻是为了降低输入阻抗，并为负载放电提供路径。
提高总线的抗电磁干扰能力。当引脚悬空时，更容易接受外界的电磁干扰。
长线传输中电阻不匹配容易造成反射波干扰，下拉电阻为电阻匹配，有效抑制反射波干扰。
3、上拉电阻电阻值的选择原则包括：
它应该足够大，以节省功耗和芯片的当前填充容量；高电阻和低电流。
它应该足够小，以保证足够的驱动电流；低电阻，高电流。
对于高速电路，过大的上拉电阻可能会使边沿变平。
综合以上三点考虑，一般在1k-10k之间选择。下拉电阻也是如此。
三态门
当高阻态引脚对地电阻无穷大时，读取引脚电平时可以读取真实电平值。高阻态的重要作用是输入时I/O(输入/输出)口用来读取外部电平。一般来说，门电路与其他电路的连接无非是两种状态，1或0。在复杂系统中，为了在一条传输线上传输不同元件的信号，开发了相应的逻辑器件，称为三态门。
三态门除了这两种状态外，还有一种高阻状态，即高阻抗(高阻，相当于开路)。相当于门和与之相连的电路断开了。三态门是具有扩展逻辑功能的输出级，也是控制开关。
它主要用于总线连接，因为总线同时只允许一个用户。通常，多个器件连接到数据总线，每个器件由OE/CE等信号选通。如果设备没有选通，则处于高阻状态，相当于没有连接到总线上，不会影响其他设备的工作。
准双向端口
准双向端口只能有效读0，而读1是非零的，即读的时候先写1到IO，再读。真正的双向口，顾名思义，就是真正的双向IO，不需要任何前置操作就可以直接读写。
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