AJ的笔记之上拉电阻的工作原理分析 2019-10-01

第二章:聊一聊上拉电阻的工作原理

**********本文所采用的单片机是:STC89C52RC系********************

【重点提要】其实,理解上拉电阻的原理,关键是理解这两个词:锁存器&开漏输出。

(1)关于锁存器

我们知道,单片机是由微处理器、存储器以及输入输出接口组成的芯片,具体到引脚,我们了解到单片机的结构如下图所示:

 

原来P1,P2,P3接口对应的元器件是锁存器(一种存储器),而锁存器有一个特征就是存储单元电路。锁存,其实就是缓存的意思,可以把信号暂存为某种电平状态:高电平或低电平,但是具体是哪种,其实是不确定的。我们通过程序控制信号输入“0”和“1”,其实就是改变锁存器的电平状态。“0”为低电平(电压),“1”为高电平。

 

(2)关于开漏输出

然而,单片机输出属于开漏输出,也就是无法输出电压,不管单片机有多大的蓄能,它的引脚也不输出电压,我们也可以称之为悬空状态。

 

(3)上拉电阻的工作原理

当我们接入上拉电阻的时候,就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平,输入电流,电阻同时起到限流的作用(钳位是指将某点的电位限制在规定电位的措施,是一种过压保护技术。)这个时候,输出高电平的电压会拉到上拉电阻的电压。(如下图所示)

 

我们再接入一个LED灯,其正极接入P0^1,负极接地(如下图所示)。

这时,P0^1的电平已经被固定在高电平了,在无信号输入的情况下或输入高电平信号“1”的时候,可以保持在高电平状态,上拉电阻的Vcc电源输出的经过上拉电阻限流后的电流流过LED灯,灯就会亮,如下图所示。值得注意的是,LED的电压不是单片机芯片提供的,而是上拉电阻输出端提供的。当我们再并联一个上拉电阻,总电阻变小,电流变大,LED灯变得更亮。输入信号(0或1),就是改变锁存器的电平状态,进而控制Vcc的电源提供的电流是流过LED灯还是流向地。

 

例如,一盏LED灯接入带上拉电阻的单片机接口(如下图所示),而另一盏灯直接通过同样的10K电阻接入,不过不接入单片机,可以发现,这两盏灯的亮度是一样的。换句话说,P0^1端并没有为LED灯在亮的时候提供任何电源,P0^1的作用就是在输出低电平(0)的时候接地,从而导致LED灯短路不亮,仅此而已。

 

同理,如果我们把电阻接入负极(地),那么就不叫上拉电阻了,而叫下拉电阻,其作用也不是让单片机输出端保持高电平,而是低电平。

以上就是上拉电阻控制电路的原理,如果没有上拉电阻,那么由于单片机的开漏输出,P0^1将无法输出电压,LED灯也不会亮。

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