单片机上拉电阻作用与应用原则

来源：日期：2020-11-16

一、定义

1、上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平!“电阻同时起限流作用”!下拉同理!

2、上拉是对器件注入电流，下拉是输出电流

3、弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分

4、对于非集电极(或漏极)开路输出型电路(如普通门电路)提升电流和电压的能力是有限的，上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。

二、上拉电阻作用

1、一般作单键触发使用时，如果 IC 本身没有内接电阻，为了使单键维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态，必须在 IC 外部另接一电阻。

2、数字电路有三种状态：高电平、低电平、和高阻状态，有些应用场合不希望出现高阻状态，可以通过上拉电阻或下拉电阻的方式使处于稳定状态，具体视设计要求而定!

4、上拉电阻是用来解决总线驱动能力不足时提供电流的。一般说法是拉电流，下拉电阻是用来吸收电流的，也就是我们通常所说的灌电流

5、接电阻就是为了防止输入端悬空

6、减弱外部电流对芯片产生的干扰

7、保护 cmos 内的保护二极管，一般电流不大于 10mA

8、通过上拉或下拉来增加或减小驱动电流

9、改变电平的电位，常用在 TTL-CMOS 匹配

10、在引脚悬空时有确定的状态

11、增加高电平输出时的驱动能力。

12、为 OC 门提供电流

三、上拉电阻应用原则

1、当 TTL 电路驱动 COMS 电路时，如果 TTL 电路输出的高电平低于 COMS 电路的高电平(一般为 3。5V)，这时就需要在 TTL 的输出端接上拉电阻，以提高输出高电平的值。

2、OC 门电路“必须加上拉电阻，才能使用”。

3、为加大输出引脚的驱动能力，有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。

4、在 COMS 芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻产生降低输入阻抗，提供泄荷通路。

5、芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。

6、提高总线的抗电磁干扰能力。管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。

7、长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰，加上下拉电阻是电阻匹配，有效的抑制反射波干扰。

8、在数字电路中不用的输入脚都要接固定电平，通过 1k 电阻接高电平或接地。

四、上拉电阻阻值选择原则

1、从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大;电阻大，电流小。

2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小;电阻小，电流大。

3、对于高速电路，过大的上拉电阻可能边沿变平缓。综合考虑

以上三点，通常在 1k 到 10k 之间选取。对下拉电阻也有类似道理。

对上拉电阻和下拉电阻的选择应“结合开关管特性和下级电路的输入特性进行设定，主要需要考虑以下几个因素”：

1、驱动能力与功耗的平衡。以上拉电阻为例，一般地说，上拉电阻越小，驱动能力越强，但功耗越大，设计是应注意两者之间的均衡。

2、下级电路的驱动需求。同样以上拉电阻为例，当输出高电平时，开关管断开，上拉电阻应适当选择以能够向下级电路提供足够的电流。

3、高低电平的设定。不同电路的高低电平的门槛电平会有不同，电阻应适当设定以确保能输出正确的电平。以上拉电阻为例，当输出低电平时，开关管导通，上拉电阻和开关管导通电阻分压值应确保在零电平门槛之下。

4、频率特性。以上拉电阻为例，上拉电阻和开关管漏源级之间的电容和下级电路之间的输入电容会形成“RC 延迟”，电阻越大，延迟越大。上拉电阻的设定应考虑电路在这方面的需求。

下拉电阻的设定的原则和上拉电阻是一样的。

OC 门输出高电平时是一个高阻态，其上拉电流要由上拉电阻来提供，设输入端每端口不大于 100uA，设输出口驱动电流约 500uA，标准工作电压是 5V，输入口的高低电平门限为 0.8V(低于此值为低电平);2V(高电平门限值)。

选上拉电阻时：500uA x 8.4K= 4.2 即选大于 8.4K 时输出端能下拉至 0.8V 以下，此为阻值，再小就拉不下来了。如果输出口驱动电流较大，则阻值可减小，保证下拉时能低于 0.8V 即可。当输出高电平时，忽略管子的漏电流，两输入口需 200uA，200uA x15K=3V 即上拉电阻压降为 3V，输出口可达到 2V，此阻值为阻值，再大就拉不到 2V 了。选 10K 可用。【压降 / 电流、压降 / 电流】

COMS 门的可参考 74HC 系列设计时管子的漏电流不可忽略，IO 口实际电流在不同电平下也是不同的，上述仅仅是原理，一句话概括为：“输出高电平时要喂饱后面的输入口，输出低电平不要把输出口喂撑了”，否则多余的电流喂给了级联的输入口，高于低电平门限值就不可靠了。

此外，还应注意以下几点：

A、要看输出口驱动的是什么器件，如果该器件需要高电压的话，而输出口的输出电压又不够，就需要加上拉电阻。

B、如果有上拉电阻那它的端口在默认值为高电平，你要控制它必须用低电平才能控制如三态门电路三极管的集电极，或二极管正极去控制把上拉电阻的电流拉下来成为低电平。

C、尤其用在接口电路中，为了得到确定的电平，一般采用这种方法，以保证正确的电路状态，以免发生意外，比如，在电机控制中，逆变桥上下桥臂不能直通，如果它们都用同一个单片机来驱动，必须设置初始状态，防止直通!

驱动尽量用灌电流。

电阻在选用时，选用经过计算后与标准值相近的一个!

P0 为什么要上拉电阻原因有：

1、 P0 口片内无上拉电阻

2、 P0 为 I/O 口工作状态时，上方 FET 被关断，从而输出脚浮空，因此 P0 用于输出线时为开漏输出。

3、由于片内无上拉电阻，上方 FET 又被关断，P0 输出 1 时无法拉升端口电平。

P0 是双向口，其它 P1，P2，P3 是准双向口。准双向口是因为在读外部数据时要先“准备”一下，为什么要准备一下呢？