上拉电阻器：它是如何工作的和选择一个值

上拉电阻器非常普遍，您会一直在数字电路中看到它。它只是一个电阻器，从输入端连接到V断续器，电路的正电源。

上拉电阻用于确保在未按下按钮时输入引脚上具有高电平状态。如果没有一个，您的输入将是浮动的，并且您有可能在输入在高和低之间随机变化，因为它在空气中拾取噪音。

如何选择上拉电阻值

低电阻值称为强上拉（电流流动较多），高电阻值称为弱上拉（电流较少）

规则 1：值不能太高。

上拉值越高，输入端的电压就越低。重要的是，电压要足够高，芯片才能将其视为高电平或逻辑1输入。

例如，如果使用具有 10V 电源的 CD4017，则输入端至少需要 7V 才能将其视为 HIGH。

规则2：但它也不能太小。

例如，如果您选择100 Ω，问题是当按下按钮时，您会获得大量电流流经它。

使用9V电源时，您可以在100 Ω（90 mA）获得9V电压。这是不必要的功率浪费，但这也意味着电阻器需要承受0.81W。大多数电阻器只能处理高达0.25W的功率。

经验法则

一般规则是使用比输入引脚的输入阻抗（R2）**小一个数量级（1/10）**的上拉电阻（R1），小10倍的电阻值。

通常，10 kΩ的上拉值就可以解决问题。但是，如果您想了解它的工作原理，请继续阅读。

上拉电阻器如何工作？

您可以使用分压器公式查找未按下按钮时输入引脚上的电压：

如果对上拉R1使用1MΩ电阻，并且输入引脚的阻抗R2约为1MΩ（形成分压器），则输入引脚上的电压约为VCC的一半，并且微控制器可能不会将引脚记录为处于高电平状态。在5V系统上，输入电压为2.5V

计算示例

假设您的芯片的输入阻抗为1MΩ（对于许多芯片来说，100kΩ至1MΩ是正常的）。如果您的电源是9V，并且您选择10 kΩ的上拉电阻值，那么输入引脚上的电压是多少？

输入引脚上的电压为8.9V，足以用作高电平输入。

通常，如果您坚持使用不超过输入阻抗十倍的上拉电阻的经验法则，您将确保输入引脚上始终具有至少90%的VDD电压。

总结

由于通常需要上拉电阻，因此许多MCU（如Arduino平台上的ATmega328微控制器）都具有可以启用和禁用的内部上拉电阻。要在 Arduino 上启用内部上拉，您可以在 setup（） 函数中使用以下代码行：

COPY CODEpinMode(5, INPUT_PULLUP); // Enable internal pull-up resistor on pin 5

需要指出的另一件事是，上拉电阻越大，引脚对电压变化的响应速度就越慢。这是因为馈电输入引脚的系统本质上是一个与上拉电阻耦合的电容器，因此形成RC滤波器，而RC滤波器需要一些时间来充电和放电。如果您有一个非常快速变化的信号（如USB），高阻值上拉电阻可以限制引脚改变状态的速度(信号还具有可靠性)。这就是为什么您经常会在USB信号线上看到1k至4.7KΩ电阻的原因。

所有这些因素都决定了使用什么值的上拉电阻器。

结束

少年就是少年，他们看春风不喜，看夏蝉不烦，看秋风不悲，看冬雪不叹，看满身富贵懒察觉，看不公不允敢面对，只因他们是少年。 – 陀思妥耶夫斯基 《少年》

相信有太多的同学和我一样，想研究为什么iic协议要有上拉电阻、上拉电阻如何取值以及上拉电阻的大小对电路的特性有哪些影响？本文将带你了解这些，同时自我总结。

一、iic协议为什么一定要加上拉电阻？

1.IIC是半双工，而不是全双工 ，同一时间只可以单向通信；
2.为了避免总线信号的混乱，要求各设备连接到总线的输出端时必须是**漏极开路（OD）输出或集电极开路（OC）输出，即高阻态。**高阻态只能独立输出/输入低电平和高阻状态，无法主动输出高电平，所以需要外部电阻上拉才可以获得高电平。
3.iic传输数据的开始和结束都是将SDA和SCL拉高。

二、上拉电阻的取值范围。

这里有几个概念需要明确：
1.如上图Rp为上拉电阻，那么CL就是线路中等效出的电容。
2.等效电容会与Rp组成RC滤波电路。
3.iic传输有几个速率可以选择，标准速率100KHZ（上升时间1us），高速400KHZ（上升时间0.3us），超高速1000KHZ。
说到这里有人会问了，上拉电阻跟RC滤波器有啥关系？
别急！下面贴一张iic bus的规范：
够直观吧！
tr：信号的上升时间；
Cb：总线的等效电容容值；
例：对于的400kbps速率应用，信号上升时间应小于300ns；假设线上CL为20PF，可计算出对应的Rp（max）值为15KΩ。
这是Rp（max）的取值计算。
那么Rp（min）如何计算呢？

VoL：I2C协议规定，端口输出低电平的最高允许值为0.4V
IoL：一般IO端口的驱动能力在2mA～4mA量级，标准速率和高速率限定的电流为3mA。
VDD：电源电压。
总的来说：电源电压限制了上拉电阻的最小值；负载电容（总线电容）限制了上拉电阻的最大值！
RP不宜过小，一般不低于1KΩ一般IO端口的驱动能力在2mA～4mA量级。如果RP阻值过小，VDD灌入端口的电流将较大，这导致端口输出的低电平值增大(I2C协议规定，端口输出低电平的最高允许值为0.4V)；如果灌入端口的电流过大，还可能损坏端口。故通常上拉电阻应选取不低于1KΩ的电阻（当VDD＝3V时，灌入电流不超过3mA）。RP不宜过大，一般不高于10KΩ由于端口输出高电平是通过RP实现的，线上电平从低到高变化时，电源通过RP对线上负载电容CL充电，这需要一定的时间，即上升时间。因此一般应用中选取的都是几KΩ量级的上拉电阻，比如都选取4K7的电阻。