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关于51单片机IO引脚的驱动能力与上拉电阻

发布日期:2019-08-22 08:16 来源:和记h88 发布人:和记娱乐 点击:

  单片机输出低电平时,将允许外部器件,向单片机引脚内灌入电流,这个电流,称为“灌电流”,外部电称为“灌电流负载”;

  单片机输出高电平时,则允许外部器件,从单片机的引脚,拉出电流,这个电流,称为“拉电流”,外部电称为“拉电流负载”。

  早期的 51 系列单片机的带负载能力,是很小的,仅仅用“能带动多少个 TTL 输入端”来说明的。

  P1、P2 和 P3口,每个引脚可以都带动 3 个 TTL 输入端,只有 P0 口的能力强,它可以带动 8 个!

  记得是在 AT89C51 单片机流行起来之后,做而论道才发现:单片机引脚的能力大为增强,可以直接带动 LED 发光了。

  虽然引脚已经可以直接驱动 LED 发光,但是且慢,先别太高兴,还是看看 AT89C51 单片机引脚的输出能力吧。

  每个 8 位的接口(P1、P2 以及 P3),允许向引脚灌入的总电流最大为 15 mA,而 P0 的能力强一些,允许向引脚灌入的最大总电流为 26 mA;

  而当这些引脚“输出高电平”的时候,单片机的“拉电流”能力呢?可以说是太差了,竟然不到 1 mA。

  在芯片的内部,引脚和地之间,有个三极管,所以引脚具有下拉的能力,输出低电平的时候,允许灌入 10mA 的电流;而引脚和正电源之间,有个几百K的“内部上拉电阻”,所以,引脚在高电平的时候,能够输出的拉电流很小。特别是 P0 口,其内部根本就没有上拉电阻,所以 P0 口根本就没有高电平输出电流的能力。

  图中的 D1,是接在正电源和引脚之间的,这就属于灌电流负载,D1 在单片机输出低电平的时候发光。这个发光的电流,可以用电阻控制在 10 mA 之内。

  图中的 D2,是接在引脚和地之间的,这属于拉电流负载,D2 应该在单片机输出高电平的时候发光。但是单片机此时几乎没有输出能力,必须采用外接“上拉电阻”的方法来提供 D2 所需的电流。

  哦,明白了,外接电如果是“拉电流负载”,要求单片机输出高电平时发挥作用,那就必须用“上拉电阻”来协助,产生负载所需的电流。

  从的图中可以看到,D2 发光,是由上拉电阻 R2 提供的电流,D2 导通发光的电压约为 2V,那么发光的电流就是:(5 - 2) / 1K,约为 3mA。

  而当单片机输出低电平(0V),D2 不发光的时候,R2 这个上拉电阻闲着了吗? 没有!它两端的电压,比 LED 发光的时候还高,现在是 5V 了,其中的电流,是 5mA !

  注意到了吗?LED 不发光的时候,上拉电阻给出了更大的电流!并且,这个大于正常发光的电流,全部灌入单片机的引脚了!

  如果在一个 8 位的接口,安装了 8 个 1K 的上拉电阻,当单片机都输出低电平的时候,就有 40mA 的电流灌入这个 8 位的接口!

  如果四个 8 位接口,都加上 1K 的上拉电阻,最大有可能出现 32 × 5 = 160mA 的电流,都流入到单片机中!

  而且这些电流,都是在负载处于无效的状态下出现的,它们都是完全没有用处的电流,只是产生发热、耗电大、电池消耗快...等后果。

  回答是:不行的,因为需要它为拉电流负载提供电流。对于 LED,如果加大电阻,将使电流过小,发光暗淡,就失去发光二极管的作用了。

  对于 D1,是灌电流负载,单片机输出低电平的时候,R1、D1 通上会有灌电流;输出高电平的时候,那就什么电流都没有,此时就不产生额外的耗电。

  综上所述,灌电流负载,是合理的;而“拉电流负载”和“上拉电阻”会产生很大的无效电流,这种电不合理。

  有些网友对上拉电阻情有独钟,有用没用的,都想在引脚上安装个上拉电阻,甚至还能说出些理由:稳定性啦、速度啦...。

  做而论道看过很多关于单片机引脚以及上拉电阻方面的书籍、,基本上它们对于使用上拉电阻的弊病都没有进行仔细的讨论。

  在此,做而论道向大家提出:设计单片机的负载电,应该采用“灌电流负载”的电形式,以避免无谓的电流消耗。

  上拉电阻,仅仅是在 P0 口才考虑加不加的问题:当用 P0 口做为输入口的时候,需要加上、当用 P0 口输出高电平驱动 MOS 型负载的时候,也需要加上,其它的时候,P0 口也不用加入上拉电阻。

  在其它接口(P1、P2 和 P3),都不应该加上拉电阻,特别是输出低电平有效的时候,外接器件就有上拉的作用。

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