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  • 上拉电阻在电路中的主要作用就是对电流起到限流作用,在一些设计当中经常会用到拉与下拉电阻,但电源的设计者们往往对这两种电阻了解的不多,正因如此,在电路出现因为拉与下拉电阻而导致的问题时,设计者们却会...
  • 上拉电阻就是把不确定的信号通过一个电阻钳位...1、当TTL电路驱动CMOS电路时,如果TTL电路输出的高电平低于CMOS电路的最低高电平(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

           上拉电阻就是把不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平,此电阻还起到限流的作用。同理,下拉电阻是把不确定的信号钳位在低电平。上拉电阻是指器件的输入电流,而下拉指的是输出电流。

      一、那么在什么时候使用上、下拉电阻呢? 
    1、当TTL电路驱动CMOS电路时,如果TTL电路输出的高电平低于CMOS电路的最低高电平(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,以提高输出的搞电平值。  

    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CMOS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。

    另外,上拉电阻阻值的选择原则包括: 
    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

    关于上拉电阻,看图。作为输入接VCC等于1,接GND=0。
    天腾电子服务中心――上拉电阻

    如果按键短路(按下)电阻为零,按键按下,Out=0,当按键断开,Out=?显然当Out悬空输出VCC,这可以用仪表测量,这个VCC就是靠R1“上拉”产生的,顾名思义,R1就是上拉电阻。上拉电阻的大小,取决于输出接负载的需要,通常逻辑电路对高电平输出阻抗很大,要求输出电流很小,在上拉电阻上压降可以忽略,当然上拉电阻不能太大,否则就不能忽略了。

    实际电路还有这种结构
    天腾电子服务中心――下拉电阻
    这里的R1也是上拉电阻。

    关于下拉电阻,用得少,道理和上面一样,只不过通过电阻“下拉”到GND。

    单片机P0口输出结构一部分电路类似下图,实际可能用的是场效应管
    天腾电子服务中心――上拉电阻下拉电阻

    当Q1,Q2分别导通,可以对外输出0和1,当Q1,Q2都不导通时?要想输出1,咋办?外接上拉电阻!

       为什么要使用拉电阻?
           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。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!一般说的是I/O端口,有的可以设置,有的不可以设置,有的是内置,有的是需要外接,I/O端口的输出类似与一个三极管的C,当C接通过一个电阻和电源连接在一起的时候,该电阻成为上C拉电阻,也就是说,如果该端口正常时为高电平,C通过一个电阻和地连接在一起的时候,该电阻称为下拉电阻,使该端口平时为低电平,作用吗:比如:当一个接有上拉电阻的端口设为输如状态时,他的常态就为高电平,用于检测低电平的输入。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,也就是灌电流。     

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    (一) 在我们讲解P0端口之前我们首先梳理一下各个端口有什么不同之处:

    P0口有三个功能:

    1、外部扩展存储器时,当做数据(Data)总线(如图1中的D0~D7为数据总线接口)

    2、外部扩展存储器时,当作地址(Address)总线(如图1中的A0~A7为地址总线接口)

    3、不扩展时,可做一般的I/O使用,但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻(后面将详细介绍)。

    P1口只做I/O口使用:其内部有上拉电阻。

    P2口有两个功能:

    1、扩展外部存储器时,当作地址总线使用(如图1中的A8~A15为地址总线接口)

    2、做一般I/O口使用,其内部有上拉电阻;

    P3口有两个功能:

    除了作为I/O使用外(其内部有上拉电阻),还有一些特殊功能,由特殊寄存器来设置,具体功能请参考我们后面的引脚说明。

    在介绍这四个I/O口时提到了一个“上拉电阻”那么上拉电阻又是一个什么东东呢?他起什么作用呢?都说了是电阻那当然就是一个电阻啦,当作为输入时,上拉电阻将其电位拉高,若输入为低电平则可提供电流源;所以如果P0口作为输入时,处在高阻抗状态,只有外接一个上拉电阻才能有效。

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    图2(注:该图只是P0口的一位,也就是说P0口有8个相同的这样的结构)

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    图3

    (二) 由图2可以看出每个P0口都有这些元件:

    一个锁存器,两个三态输入缓冲器和一个输出驱动电路组成

    在访问外部存储器时,P0是一个真正的双向口,当P0输出地址/数据信息时,CPU内部法控制电平“1”来打开上面的与门,又使模拟开关MUX把地址/数据信息经过反相器和T1接通(我们称上面的场效应晶体管FET为T1,下面的场效应管FET为T2);

    输出的地址/数据信息既通过与门去驱动T1,又通过反相器去驱动T2,是两个FET构成推拉输出电路;

    1.当P0口作为外部扩展存储器的数据地址总线时:

    · 若地址数据信息为“0”,那么这个信号就使得T1截止,使T2导通(经过反反相器作用使得T2接收到的信号为“1”,根据场效应晶体管的特性,T2导通),若T2导通,那么T2的上下两个N极就导通,而发射极(下面的N极)接地信号则为“0”,这样P0口就相当于接收到了“0”信号;

    · 若地址数据信息输入“1”,则该信号使T2截止,使T1导通,在T1导通情况下,T1的上下N极导通,使得VCC与P0相同,从而输出高电平,即“1”信号;

    · 若从P0口输入信号,信号从引脚通过输入缓冲器进入内部总线;

    2.当P0口作为一般I/O口使用时:

    · CPU内部发布控制信号“0”,封锁与门,使得T1截止,同时使模拟开关MUX把锁存器的非Q端与T2端的栅极接通;

    · 在P0口作为输出时,由于非Q端和T2的倒相作用,那么内部总线上的信息与到达P0口上的信息是同相的,只要写脉冲加到锁存器的CL端,内部总线上的信息就会P0的引脚上;

    · 但是由于此时T2为漏极开路输出,所以要外接上拉电阻。

    · 当P0作为输入时,由于该信号既加到T2又加到下面的三态缓冲器。现在我们假设我们刚刚输出的信号为“0”,也就是输入锁存器的数据为“0”,经过非Q达到T2使T2导通,这样P0引脚上的信号就被T2钳在“0”电平上,这样就使输入的“1”无法读入。那么我们就必须在输入信号前,应该先向锁存器Q端写“1”,非Q就为“0”,使T2截止,这就是所谓的“准双向口”的解释。但是在访问片外存储器时,CPU会自动向锁存器Q写入“1”,所以对用户而言P0口作为数据/地址总线时,是一个真正的双向口。

    (三) 下面我们说一下为什么要上拉电阻

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    图4

    由于P0口内部没有上拉电阻,是开漏的,不管它的驱动能力多大,相当于它是没有电源的,需要外部的电路提供,绝大多数情况下P0口是必需加上拉电阻的。作为一般的I/O口时,当P0口用来驱动PNP(如上图4所示)管子的时候,就不需要上拉电阻,因为此时的低电平有效;当P0口用来驱动NPN管子的时候,就需要上拉电阻的,因为此时只有当P0为1时候,才能够使后端导通。

    其实说白了上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平!电阻同时起限流作用!

    上拉电阻就是从电源高电平引出的电阻接到输出端

    第一种,如果电平用OC(集电极开路,TTL)或OD(漏极开路,CMOS)输出,那么不用上拉电阻是不能工作的, 这个很容易理解,管子没有电源就不能输出高电平了。(这个就可以解释我们这里的原因)

    第二种,如果输出电流比较大,输出的电平就会降低(这是电路中已经有了一个上拉电阻的情况下,但是电阻太大,压降太高),就可以用上拉电阻提供电流分量, 把电平“拉高”。(就是并一个电阻在IC内部的上拉电阻上, 让它的压降小一点)。其实这些都是按需要,工作在线性范围的上拉电阻不能太小,当然也会用这个方式来实现门电路电平的匹配。

    51系列单片机的P0口作为通用I/O口使用时,内部输出电路为OD(漏极开路,CMOS),必须外接上拉电阻才能有高电平输出;而P1、P2、P3口内部输出电路中有上拉电阻故不需要接上拉电阻(这里的不需要接上拉电阻是相对而言的,若遇到第二种情况,就需要适当加一个上拉电阻,来减小压降)。

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    在电路设计中,我们把连接到VCC的电阻叫做上拉电阻,把连接到GND的电阻叫做下拉电阻。而在数字电路中,信息是通过数学逻辑“1”和“0”l来表示的。在模拟电路转数字电路中,我们把高电平定为“1”,低电平定义为“0”。在电路设计时如果存在未知的状态,这将对数字信息的产生不确定的因素,因此在电路设计中上拉电阻和下拉电阻可以消除这些不确定的因素。
    一、输入电路

    1. 按键电路为例

    轻触开关没有按下时,电路图B中由于输入端口B由于受上拉电阻影响,电平为确定的高电平;在电路图A中由于没有上拉电阻输入端口A的电平是未知的
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述同理,在电路图C中没有加入下拉电阻,在轻触开关没有按下时,输入端口C却是未知状态。电路图D加入了下拉电阻,输入端口D受下拉电阻影响,可以确定为低电平。
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    单片机的输入端口一般可以设置为内部上拉或者下拉,此时,外部的上拉或者下拉电阻可以省略,但有些单片机输入口是开漏输入的,这时候就要在外部放置上拉或者下拉电阻了。

    二、输出电路
    2、三极管电路

    电路图A没有加入上拉电阻,输出的电平信号也是未知的;在电路图B中 存在上拉电阻,输出端口B受上拉电阻影响,当三极管导通时,输出端口B为低电平,三极管截止时,输出端口B为高电平

    在这里插入图片描述在这里插入图片描述电路C没有加入下拉电阻,输出端口C的状态也是未知的;电路图D中存在下拉电阻,输出端口D在三极管导通时为高电平,三极管截止时为低电平。
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述

    三、实际应用
    (1)以三极管驱动继电器为例
    建议在三极管的基极(b)加入下拉或者上拉电阻,NPN型三极管加入下拉,PNP型三极管加入上拉电阻。在没有驱动信号的时候,加入上拉电阻或者下拉电阻,可以有效的钳制三极管的基极(b)的信号,避免意外导通。

    在这里插入图片描述在这里插入图片描述(2)三极管驱动LED
    建议在三极管的基极(b)加入下拉或者上拉电阻,NPN型三极管加入下拉,PNP型三极管加入上拉电阻。如果没有加入上拉电阻或下拉电阻,在三极管截止的时候,按理LED是熄灭的,但当三极管基极(b)有微弱感应信号时,三极管会微弱导通,导致LED有微弱发光的情况。

    在这里插入图片描述在这里插入图片描述

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    在这里插入图片描述
    如图可见,图中数码管由P2进行位选,由P0进行段选
    这种接法操作方便,而且较为独立,但是缺点是硬件电路复制,成本较高

    回到正题,数码管两端都用I/O口直接连接,但是我们知道发光二极管要点亮的电流最小大概在5mA左右,但是I/O口能支持的电流只有1mA,因此就算两边都给电流,数码管也不会亮,但是给了一个5V(图片只显示出一半)的电压再加上一个上拉电阻,就可以形成压差,从而形成电流流过数码管,使之发光。

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