上拉电阻+单片机端口模式.docx

1. 弱上拉通常是作为输入时有用。如PIC16F887的端口B为内部有上拉功能的端口，如果没有上拉，作为输入口，它是悬空的，这样这个引脚的电平是不定的，如果内部有上拉，则它是高电平的。下图中的RB0程序设置为有内部弱上拉，RB3设置为不弱上拉，因此仿真运行时看到，按键都不按是，RB0为高电平（红色），而RB3为悬空（灰色），即电平不能确定。如果不用内部弱上拉（如RB3），此时就要在外部加上一个电阻接到VCC，这就叫上拉。而叫弱上拉，是因为所加的电阻很大，电流很小的缘故。2. 要是你！怎么解决引脚单片机的上拉电阻问题？单片机的引脚，可以用程序来控制，输出高、低电平，这些可算是单片机的输出电压。但是，程序控制不了单片机的输出电流。单片机的输出电流，很大程度上是取决于引脚上的外接器件。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”，外部电路称为“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”，外部电路称为“拉电流负载”。这些电流一般是多少？最大限度是多少？这就是常见的单片机输出驱动能力的问题。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！分析一下 TTL 的输入特性，就可以发现，51单片机基本上就没有什么驱动能力。它的引脚，甚至不能带动当时的 LED 进行正常发光。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。从 AT89C51 单片机的 PDF 手册文件中可以看到，稳态输出时，“灌电流”的上限为：Maximum IOL per port pin: 10 mA;Maximum IOL per 8-bit portort 0: 26 mA,Ports 1, 2, 3: 15 mA;Maximum total I for all output pins: 71 mA.这里是说：每个单个的引脚，输出低电平的时候，允许外部电路，向引脚灌入的最大电流为 10 mA；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；全部的四个接口所允许的灌电流之和，最大为 71 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。结论就是：单片机输出低电平的时候，驱动能力尚可，而输出高电平的时候，就没有输出电流的能力。这个结论是依照手册中给出的数据做出来的。51 单片机的这些特性，是源于引脚的内部结构，引脚内部结构图这里就不画了，很多书中都有。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。哦，明白了，外接电路如果是“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。下面做而论道就专门说说上拉电阻存在的问题。从上面提到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！这个数值已经超过了单片机手册上给出的上限。如果此时单片机工作不稳定，就是理所当然的了。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。特别是现在，都在提倡节能减排，低碳。那么，把上拉电阻加大些，可以吗?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 通路上会有灌电流;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，这种电路不合理。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、速度。其实，“上拉电阻”和“拉电流负载”电路，是会对单片机系统造成不良后果的。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、参考资料，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，做而论道郑重向大家提出建议：设计单片机的负载电路，应该采用“灌电流负载”的电路形式，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。3. 51单片机准双向IO口与双向口区别(1)准双向IO口P1、P2、P3：带上拉电阻的IO口且作为输入引脚使用前必须先对该端口写1，即先断开下方的开关管(场效应管)，以防止引脚被钳位在低电平，这样才能由外部输入的信息来确定引脚的状态，即此时读取的引脚状态才是正确的。(2)双向三态IO口P0：P0口由于输出有三态功能，输入前，端口线已处于高组态，无需先写入1再作输入操作。若在端口应用过程中，已经向P0口输出过0了，则再需要从P0口输入数据时，同样要对P0口写1，断开下方的开关管(场效应管)。单片机复位后，各端口已被自动的写入1了，即断开了下方的开关管(场效应管)，因此P0、P1、P2、P3可以直接输入；但是，如果在端口应用过程中，已经向P1P3口输出过0，则再需要从P1P3输入数据时，必须先写入1后再引脚（这时候读出的引脚的值才是正的）“准”就是“基本上”，即准双向口不是真正的双向口。双向与准双向，根本原则是双向包含了高阻抗这个状态，而不在于是否需要先写1或不写.P0口为真正双向口，因为单片机上电初始化后，cpu自动向各端口写1，即先关闭了下方的开关管。此时可以然后直接读入引脚（即输入模式）：因为P0口高阻态，所以读入值即为输入值；因为P1口为准双向口，此时读入的高电平可能是引脚本身上拉电阻提供的高电平，即读入值不一定为输入值。输入模式下，从锁存器和从引脚上读来的信号一般一致，但有时不一致，所以约定：8051单片机在对端口P0P3的输入(读)操作上，凡属于 读修改写-方式的指令，从锁存器读入信号，其他则从端口引脚线上读入信号。读修改写-方式的特点：从单片机端口输入（读）信号，在单片机内部加以运算（修改）后，再输出（写）到该端口上。这样安排在于读修改写-方式需要得到端口原输出的状态，