上拉电阻和下拉电阻

xiaocaihong

上拉电阻和下拉电阻有什么用？

1、提高驱动能力：

例如，用单片机输出高电平，但由于后续电路的影响，输出的高电平不高，就是达不到VCC，影响电路工作。所以要接上拉电阻。下拉电阻情况相反，让单片机引脚输出低电平，结果由于后续电路影响输出的低电平达不到GND，所以接个下拉电阻。

2、钳位

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。下拉同理，也是将不确定的信号通过一个电阻钳位在低电平

    在单片机引脚电平不定的时候，让后面有一个稳定的电平：

    例如上面接下拉电阻的情况下，在单片机刚上电的时候，电平是不定的，还有就是如果你连接的单片机在上电以后，单片机引脚是输入引脚而不是输出引脚，那这时候的单片机电平也是不定的，下拉电阻的作用就是如果前面的单片机引脚电平不定的话，强制让电平保持在低电平。

3、 提高输出的高电平值

例如： 当TTL电路驱动CMOS电路时，如果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

此外还有以下作用：

1、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；

2、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。

3、 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。

如下图所示:

　集电极开路输出的结构如图1所示，右边的那个三极管集电极什么都不接，所以叫做集电极开路;和集电极开路类似，漏极开路输出；

    一般情况下都需要在OUTPUT 输出口 外接上拉电阻，才能输出高电平。否则在右边三极管截止时，输出的是高阻态。

高阻态状态下便于多个三极管并联（线与逻辑） 有一个为低电平，所有的都为低电平。



上下拉使用对比：

需要注意的是，上拉电阻太大会引起输出电平的延迟。（RC延时）一般CMOS门电路输出不能给它悬空，都是接上拉电阻设定成高电平。

下拉电阻：和上拉电阻的原理差不多， 只是拉到GND去而已。 那样电平就会被拉低。 下拉电阻一般用于设定低电平或者是阻抗匹配(终端端接)。



上拉是对器件输入电流，下拉是输出电流；

上拉用来增大电流，下拉电阻是用来吸收电流。

选用原则：

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

上拉电阻偏大或偏小的影响：         400kbs

上拉电阻值过小，Vcc灌入端口的电流(Ic)将较大，这样会导致MOS管V2(三极管)不完全导通(Ib*β，有饱和状态变成放大状态，这样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)。

如果上拉电阻过大，加上线上的总线电容，由于RC影响，会带来上升时间的增大(下降延是芯片内的晶体管，是有源驱动，速度较快;上升延是无源的外接电阻，速度慢)，而且上拉电阻过大，即引起输出阻抗的增大，当输出阻抗和负载的阻抗可以比拟的时，则输出的高电平会分压而减少。

低功耗状态 上拉下拉使用注意：

带上拉或者下拉的IO口，在低功耗状态，或者配置使用的常态时，应根据IO口的状态进行相关的设置。

　　如果IO口没有做好处理的话，它就会在暗地里偷走功耗，而你却浑然不知。具体原因是这样的，一般的IO的内部或者外部都会有上下拉电阻，举个例子，如下图所示，假如某个IO口有个10KΩ的上拉电阻，把引脚拉到3.3V，然而当MCU进入低功耗模式的时候，此IO口被设置成输出低电平，根据欧姆定律，此引脚就会消耗3.3V/10K=0.33mA的电流，假如有四、五个这样的IO口，那么几个mA就贴进去了，太可惜了。所以在进入低功耗之前，请逐个检查IO口的状态：

　　如果此IO口带上拉，请设置为高电平输出或者高阻态输入;

   　如果此IO口带下拉，请设置为低电平输出或者高阻态输入;

　　总之一句话，不要把上好的电流浪费在产生热量的功能上，咱可不靠这点温度去暖手。

IO口上拉与下拉电平与IC间的连接造成的相应功耗的损失：

IO口的上下拉电阻消耗电流这一因素相对比较明显，下边咱来说一个不明显的因素：IO口与外部IC相连时的电流消耗。假如某个IO口自带上拉，而此与IO相连的IC引脚偏偏是自带下拉的，那么无论这个引脚处于什么样的电平输出，都不可避免的产生一定的电流消耗。所以凡是遇见这一类的情况，首先需要阅读外设IC的手册，确定好此引脚的的状态，做到心中有数;然后在控制MCU睡眠之前，设置好MCU的IO口的上下拉模式及输入输出状态，要保证一丝儿电流都不要被它消耗掉。

系统功耗测试。

检测出来的电流消耗很大，可实际应用消耗的功耗却不大？

是因为在测试功耗的时候MCU还连接着调试器呢！这时候大部分电流就会被调试器给掳走，平白无故的让工程师产生极度郁闷的心情。所以在测低功耗的时候，一定不要连接调试器，更不能边调试边测电流。
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