【运动控制】关于GPIO通用输入口是NPN型数字输入

1.背景

1.1、数字输入Digital Input：
数字输入是指只处理两种状态的输入信号：高电平和低电平（通常用0和1来表示）。
它是一种离散信号，与模拟输入（可以处理连续变化的电压或电流，一般是电压）相对。
两种状态：数字输入只能识别两个明确的状态：高电平（如5V或24V）或低电平（如0V）。
高电平（High Level）：表示输入端的电压在一定阈值之上（例如24V系统中为大约20V-24V）。
低电平（Low Level）：表示输入端的电压在一定阈值之下（例如24V系统中为0V-5V）。
数字输入有叫低速输入。

数字输入通常用于读取来自开关、按钮、限位开关、接近传感器等设备的信号，
这些设备的输出要么是通断（ON/OFF），要么是高低电平状态。

数字输入的典型场景：
开关信号：比如一个机械按钮，按下是低电平，释放是高电平。
限位开关：当机械运动达到特定位置时，限位开关闭合，给控制器发送低电平信号。

2.NPN晶体管

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结。
两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

NPN/PNP晶体管 是一种三极管类型，常用于数字电路。它有三个端子：基极 (B)、集电极 ©、和发射极 (E)。
关于NPN和PNP晶体管示意图：

3.工作原理

关于NPN型：
NPN型输入 是一种常见的工业控制接口，它主要依赖 NPN晶体管 的工作原理来传递信号。

在NPN型传感器中，内部开关的接线通常如下：
集电极（C）：连接到负载或信号输出端。（当传感器被激活时，集电极通过开关与发射极连接）
发射极（E）：连接到地（GND），形成回路。（当开关闭合时，集电极与发射极之间形成电流路径，从而使输出端（通常连接到GPIO）拉低到接近0V。）
总结来说，内部开关的确是将集电极与发射极连接，这样可以实现将输出信号拉低的功能。

NPN型可简称N型，N表示信号端为负电压输出；内部开关连接于信号端与负极；
（PNP型：可简称P型，P表示信号端为正电压输出；内部开关连接于信号端与正极。）
换句话说，当基极上有正电压时，NPN晶体管导通，允许电流从集电极流向发射极（从正电源流向地）。其中基极可以类别水龙头上阀门；

为什么说NPN型输入端口是低电平输入触发？
在触发时通过内部开关将信号端（连接集电极）拉到地，形成低电平触发信号。这是它与PNP型传感器的主要区别，后者在触发时输出高电平。