关于指纹硬件ID脚gpio兼容原理推导

1、基础认识

一个gpio脚配合软件可以实现高，低，高阻三种状态的区分，那么最多可以实现三种指纹硬件的兼容.

软件逻辑：

1》先给PIN一个高电平，然后读出该PIN的电平到val1；

2》再给PIN一个低电平，然后读出该PIN的电平到val2；

若：

val1 == 1 && val2 == 1 ==》PIN外接高电平；

val1== 0 && val2 == 0 ==》PIN外接低电平；

val1 == 1 && val2 == 0 ==》PIN脚高阻态，或者悬空态；

代码实现：

    fp_pin = of_get_named_gpio(np, label, 0);    if (fp_pin <= 0) {        klog("%s:fp pin gpio config err!\n", __func__);        return -1;    }    // HIGH    gpio_direction_input(fp_pin);    gpio_direction_output(fp_pin, 1);    val1 = gpio_get_value(fp_pin);        // LOW    gpio_direction_input(fp_pin);    gpio_direction_output(fp_pin, 0);    val2 = gpio_get_value(fp_pin);        klog("%s: (%d, %d, %d)\n", __func__, fp_pin, val1, val2);        if (val1 == 1 && val2 == 0) {        klog("#~~~~ High impedance!~~~~ \n");        ret = __HIGH_IMPEDANCE;    }    else if (val1 == 0 && val2 == 0) {        klog("#~~~~ LOW~~~~ \n");        ret = __LOW;    }    else if (val1 == 1 && val2 == 1) {        klog("~~~~ HIGH ~~~~ \n");        ret = __HIGH;        gpio_direction_input(fp_pin);        gpio_direction_output(fp_pin, 1);    }    else {        klog("Err -what the fuck ??? \n");        return -1;    }

2、原理推导

如上等效电路图分析：

Vi 表示PIN脚外接指纹模组的电压，我们最终需要知道的结果就是这个电压是高还是低；

Vcc表示单片机输出高电平时候的等效电路；

V0表示单片机读取的电压值等效电路

R1表示指纹模组接到GPIO PIN脚的限流电阻，这个值通常很小，大概是0-10欧；

R2表示单片机输出高电平时候的内阻，这个值通常也比较小以输出功率6mA算，大概是(1.8v/6)*10^3=300欧,可以看出R2 远大于R1

R3是单片机对地阻抗，通常是几k到几十k欧，可以看出远大于R1,R2

从以上推导：

V0 = Vi/R1 + vcc/R2 - 1/R3 - 1/R2 - 1/R1

R1 << R2

R3 >> R2

场景1：

若Vi接高电平：

那么Vi =1.8v，单片机给高电平，那么Vcc = 1.8v，那么：V0 ~= 1.8*(1/R1+1/R2) - 1/R1 -1/R2

由于R1 << R2，那么V0的值主要是由R1决定，所以V0的值主要由Vi决定，当R1==0时候，V0==Vi

同理可证只要R1取值合适，不管Vi接高电平还是低电平，V0的值主要由Vi决定，可以判断Vi外接高电平.

场景2：

若Vi接地呢？

那么就跟下图这个分析是一样了，等价于上图的R1跟R3并联了（相当于下图的R2），当R1<<R2的时候（上图中的R1，R2，R3），V0由R1决定,也就是跟接Vi高电平一个道理，V0由外部决定，这个时候就可以判断Vi外接地了.

场景3：

若Vi接的模组悬空呢？

Vi == 0

那么V0 ~= Vcc/R2 ==》，R2本身就是单片机的输出阻抗，如此当然是单片机给高就是高，单片机给低那V0就是低了。这个时候就可以判断Vi是悬空，也就是所谓高阻了。