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单片机上拉电阻应该选多大?

作者:电气设备网
文章来源:本站

  在设计单片机的外围电路时经常需要用到上拉电阻和下拉电阻,上拉电阻的取值一般在4.7k-10k左右,是根据经验取值的,没有特别的计算方式。下面介绍一下上拉电阻。

  所谓上拉电阻,就是将单片机的GPIO口通过一个电阻接至电源,在初始情况下给该GPIO引脚一个确定的高电平,防止没有上拉电阻而导致误动作。如下图所示,是上拉电阻典型的应用。

  图中电阻R48是两个上拉电阻,DO1C接到单片机的GPIO口作为输入口,在初始条件下单片机检测到高电平。DO2接单片机的GPIO口作为输出口,单片机未输出时,该引脚被上拉至高电平,防止9012三极管误动作。与上拉电阻相对的是下拉电阻,就是将单片机的GPIO口通过电阻接至GND,在初始状态下信号为低电平,防止误操作。

  上拉电阻没有明确的计算公式和技术要求必须是多大,一般都是根据典型值和经验值选取,在设计电路时,一般选取4.7k-10k之间作为上拉电阻,下拉电阻也是这个范围。

  上拉电阻一般起到如下几个作用:

  给GPIO一个确定的电平信号。单片机的GPIO口在初始状态下可能是一个不确定的信号,从而导致误操作,为了克服这种情况,加入一个上拉电阻就把该端口钳制在了高电平,从而避免误触发。

  提高端口的驱动能力。对于一些开漏极、开集电极输出的电路而言,其端口只能输出信号却没有带载能力,比如光耦的OC输出以及比较器的OC输出,在输出端加入上拉电阻提高其驱动能力。比较器的输出如下图所示。

  首先解释一下上拉电阻:上拉电阻的作用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。

  那么对于普通的51单片机芯片来说,有P0~P3四类共32个输出串口,而P1~P3内部自带上拉电阻,除非它的驱动能力不足以驱动后续电路,才会考虑加上拉。由于P0口内部没有上拉电阻,是开漏的。所以P0口作为I/O口输出时,输出低电平为0, 输出高电平为高阻态(并非5V,相当于悬空状态)。也就是说P0 口不能真正的输出高电平,给所接的负载提供电流,因此在要求输出为高电平时必须接上拉电阻,不过一般传输地址和数据时不接也没事。

  怎么选择上拉电阻的阻值?

  上拉就是要把VCC的电压拉给串口使用,这样串口输出高电平是,值才会大。而上拉电阻也起到一个限流的作用。具体的值选多大,要看串口驱动的是什么电路了。不过一般常用10K、4.7K、5.1K这些阻值的电阻。

  1、假如驱动的是LED,上拉电阻范围建议选择在200~3K,具体选择要看你需要LED多亮了。

  2、驱动三极管,对于NPN,毫无疑问NPN管是高电平有效的,因此上拉电阻的阻值用2K~20K之间的,具体的大小还要看晶体管的集电极接的是什么负载。对于PNP管,毫而低电平有效的,因此上拉电阻的阻值用100K以上的就行了,在开关管电压保持高电平,三极管截止不产生误动作。

  3、对于驱动TTL集成电路,上拉电阻的阻值要用1~10K之间的。

  零是起源写于20220729

  上拉是给IO口一个初始值,将不确定的信号钳位在高电平,同理,下拉是将不确定的信号钳位在低电平。一般进行原理设计时,对于单片机的上拉电阻大小都是根据经验选取,一般为4.7k、5.1K、10K等。

  上拉电阻有好几个作用:不用的引脚增加上拉电阻,为引脚确定初始状态,提高抗电磁干扰能力;单片机输出I/O 口加上拉电阻,可以增强IO口的输出能力;输入加上拉目的是确实输入的初始值,无信号输入时,IO口输入为高电平等。

  上拉电阻选择时,注意事项:上拉电阻阻值太大会引起信号延时,所以选择上拉电阻要适宜。选择上拉电阻时应该考虑节能功耗、灌电流能力、电流驱动能力、是否属于高速电路等,在高速电路上对上拉电阻的要求特别高。

  一般场合,上拉电阻选择4.7k、5.1K、10K等可以满足要求,如果是在一些较特殊的场合应用,需要根据实际电路进行分析,计算,算出他们之间的电流大小及关系,根据计算结果选择合适的电阻,还要经过试验、工程应用经验积累等。

  上拉电阻不只是在单片机等CPU上使用,在很多其它电路场合也有应用,比如比较器输出端、光耦输出端、反相器等。

  比较器输出端加上拉电阻,在模电教材中并没有提及,只有增加上拉电阻才能够实现输出高/低电平,没有上拉电阻是无法输出高电平的,输出相当于闲空状态。

  光耦电路:

  上拉电阻是为了弥补单片机lo口只有低电平输出和高阻态的问题的,以89c52为例,只有p0口没有将上拉电阻封装到芯片里,需要我们自己根据需求加装。

  IO口有了上拉电阻后 在单片机不输出低电平时(高阻态时)上拉电阻不会消耗电压,故而lo口的电平就是上拉电阻另一端的电压值(vcc),而当IO口输出低电平时,上拉电阻会消耗掉vcc的电压值。

  这样的话,当IO口输出高电平时,实际上用电器是与上拉电阻串联,如果电流过大的话。会造成上拉电阻过度消耗电压值,所以高电平输出电流过大时,上拉电阻不能过大。

  当输出低电平时,用电器与上拉电阻是并联关系,上拉电阻会消耗整个vcc的电压值,如果上拉电阻过小的话,电阻会烧毁,而且还会分掉一部分电流,导致低电平驱动能力降低。一般不小于500欧姆。

  所以,如果考虑高电平驱动能力强一点的话,上拉电阻就尽量小一点,但是不能太小,一般最小为500欧姆。如果考虑低电平驱动能力强一点的话,上拉电阻就尽量大一点,一般1k到10k。如果不考虑高电平驱动的话,那上拉电阻也没有必要加。

  需多快的速度就需要越少的电阻,慢速的信号随便多少K都行。100M的I2C用4.7K以上的电阻就不能正常工作了。

  

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