怎么解決引腳單片機(jī)的上拉電阻問(wèn)題？

單片機(jī)的引腳，可以用程序來(lái)控制，輸出高、低電平，這些可算是單片機(jī)的輸出電壓。但是，程序控制不了單片機(jī)的輸出電流。單片機(jī)的輸出電流，很大程度上是取決于引腳上的外接器件。

單片機(jī)輸出低電平時(shí)，將允許外部器件，向單片機(jī)引腳內(nèi)灌入電流，這個(gè)電流，稱為“灌電流”，外部電路稱為“灌電流負(fù)載”；單片機(jī)輸出高電平時(shí)，則允許外部器件，從單片機(jī)的引腳，拉出電流，這個(gè)電流，稱為“拉電流”，外部電路稱為“拉電流負(fù)載”。

這些電流一般是多少？最大限度是多少？這就是常見(jiàn)的單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)能力的問(wèn)題。

早期的 51 系列單片機(jī)的帶負(fù)載能力，是很小的，僅僅用“能帶動(dòng)多少個(gè) TTL 輸入端”來(lái)說(shuō)明的。P1、P2 和 P3口，每個(gè)引腳可以都帶動(dòng) 3 個(gè) TTL 輸入端，只有 P0 口的能力強(qiáng)，它可以帶動(dòng) 8 個(gè)！

分析一下 TTL 的輸入特性，就可以發(fā)現(xiàn)，51單片機(jī)基本上就沒(méi)有什么驅(qū)動(dòng)能力。它的引腳，甚至不能帶動(dòng)當(dāng)時(shí)的 LED 進(jìn)行正常發(fā)光。記得是在 AT89C51 單片機(jī)流行起來(lái)之后，做而論道才發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)引腳的能力大為增強(qiáng)，可以直接帶動(dòng) LED 發(fā)光了。

從 AT89C51 單片機(jī)的 PDF 手冊(cè)文件中可以看到，穩(wěn)態(tài)輸出時(shí)，“灌電流”的上限為：

Maximum IOL per port pin: 10 mA;

Maximum IOL per 8-bit port

ort 0: 26 mA,Ports 1, 2, 3: 15 mA;

Maximum total I for all output pins: 71 mA.

這里是說(shuō)：

每個(gè)單個(gè)的引腳，輸出低電平的時(shí)候，允許外部電路，向引腳灌入的最大電流為 10 mA；每個(gè) 8 位的接口(P1、P2 以及 P3)，允許向引腳灌入的總電流最大為 15 mA，而 P0 的能力強(qiáng)一些，允許向引腳灌入的最大總電流為 26 mA；全部的四個(gè)接口所允許的灌電流之和，最大為 71 mA。

而當(dāng)這些引腳“輸出高電平”的時(shí)候，單片機(jī)的“拉電流”能力呢？可以說(shuō)是太差了，竟然不到 1 mA。

結(jié)論就是：?jiǎn)纹瑱C(jī)輸出低電平的時(shí)候，驅(qū)動(dòng)能力尚可，而輸出高電平的時(shí)候，就沒(méi)有輸出電流的能力。這個(gè)結(jié)論是依照手冊(cè)中給出的數(shù)據(jù)做出來(lái)的。

51 單片機(jī)的這些特性，是源于引腳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，引腳內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖這里就不畫了，很多書(shū)中都有。

在芯片的內(nèi)部，引腳和地之間，有個(gè)三極管，所以引腳具有下拉的能力，輸出低電平的時(shí)候，允許灌入 10mA 的電流；而引腳和正電源之間，有個(gè)幾百K的“內(nèi)部上拉電阻”，所以，引腳在高電平的時(shí)候，能夠輸出的拉電流很小。特別是 P0 口，其內(nèi)部根本就沒(méi)有上拉電阻，所以 P0 口根本就沒(méi)有高電平輸出電流的能力。

哦，明白了，外接電路如果是“拉電流負(fù)載”，要求單片機(jī)輸出高電平時(shí)發(fā)揮作用，那就必須用“上拉電阻”來(lái)協(xié)助，產(chǎn)生負(fù)載所需的電流。

下面做而論道就專門說(shuō)說(shuō)上拉電阻存在的問(wèn)題。

從上面提到D2 發(fā)光，是由上拉電阻 R2 提供的電流，D2 導(dǎo)通發(fā)光的電壓約為 2V，那么發(fā)光的電流就是：(5 - 2) / 1K，約為 3mA。

而當(dāng)單片機(jī)輸出低電平(0V)，D2 不發(fā)光的時(shí)候，R2 這個(gè)上拉電阻閑著了嗎? 沒(méi)有!它兩端的電壓，比 LED 發(fā)光的時(shí)候還高，現(xiàn)在是 5V 了，其中的電流，是 5mA !注意到了嗎？LED 不發(fā)光的時(shí)候，上拉電阻給出了更大的電流!并且，這個(gè)大于正常發(fā)光的電流，全部灌入單片機(jī)的引腳了！如果在一個(gè) 8 位的接口，安裝了 8 個(gè) 1K 的上拉電阻，當(dāng)單片機(jī)都輸出低電平的時(shí)候，就有 40mA 的電流灌入這個(gè) 8 位的接口！如果四個(gè) 8 位接口，都加上 1K 的上拉電阻，最大有可能出現(xiàn) 32 × 5 = 160mA 的電流，都流入到單片機(jī)中！這個(gè)數(shù)值已經(jīng)超過(guò)了單片機(jī)手冊(cè)上給出的上限。如果此時(shí)單片機(jī)工作不穩(wěn)定，就是理所當(dāng)然的了。

而且這些電流，都是在負(fù)載處于無(wú)效的狀態(tài)下出現(xiàn)的，它們都是完全沒(méi)有用處的電流，只是產(chǎn)生發(fā)熱、耗電大、電池消耗快，等后果。

特別是現(xiàn)在，都在提倡節(jié)能減排，低碳。