讲解单片机中的高阻态相关知识点

geren2014

在我们刚一开始接触到51单片机的时候对P0口必须加上上拉电阻，否则P0就是高阻态。

对这个问题可能感到疑惑，为什么是高阻态？加上拉电阻？今天针对这一概念进行简单讲解。

高阻态

高阻态这是一个数字电路里常见的术语，指的是电路的一种输出状态，既不是高电平也不是低电平。

如果高阻态再输入下一级电路的话，对下级电路无任何影响，和没接一样，如果用万用表测的话有可能是高电平也有可能是低电平，随它后面接的东西定。

高阻态的实质

电路分析时高阻态可做开路理解，你可以把它看作输出（输入）电阻非常大。

它的极限可以认为悬空，也就是说理论上高阻态不是悬空，它是对地或对电源电阻极大的状态。而实际应用上与引脚的悬空几乎是一样的。

高阻态的意义

当门电路的输出上拉管导通而下拉管截止时，输出为高电平，反之就是低电平。

如果当上拉管和下拉管都截止时，输出端就相当于浮空（没有电流流动），其电平随外部电平高低而定，即该门电路放弃对输出端电路的控制 。

典型应用

在总线连接的结构上。总线上挂有多个设备，设备于总线以高阻的形式连接。这样在设备不占用总线时自动释放总线，以方便其他设备获得总线的使用权。

大部分单片机I/O使用时都可以设置为高阻输入。高阻输入可以认为输入电阻是无穷大的，认为I/O对前级影响极小，而且不产生电流（不衰减），而且在一定程度上也增加了芯片的抗电压冲击能力。

高阻态常用表示方法：高阻态常用字母 Z 表示。

在一个系统中或在一个整体中，我们往往定义了一些参考点，就像我们常常说的海平面，在单片中也是如此，我们无论说是高电平还是低电平都是相对来说的。明确了这一点对这一问题可能容易理解。

单片机中的高阻态

在51单片机，没有连接上拉电阻的P0口相比有上拉电阻的P1口在I/O口引脚和电源之间相连是通过一对推挽状态的FET来实现的，51具体结构如下图。

组成推挽结构，从理论上讲是可以通过调配管子的参数轻松实现输出大电流，提高带载能力，两个管子根据通断状态有四种不同的组合，上下管导通相当于把电源短路了，这种情况下在实际电路中绝对不能出现。

从逻辑电路上来讲，上管开-下管关开时IO与VCC直接相连，IO输出低电平0,这种结构下如果没有外接上拉电阻，输出0就是开漏状态（低阻态），因为I/O引脚是通过一个管子接地的，并不是使用导线直接连接，而一般的MOS在导通状态也会有mΩ极的导通电阻。

到这里就很清楚了，无论是低阻态还是高阻态都是相对来说的，把下管子置于截止状态就可以把GND和I/O口隔离达到开路的状态，这时候推挽一对管子是截止状态，忽略读取逻辑的话I/O口引脚相当于与单片机内部电路开路，考虑到实际MOS截止时会有少许漏电流，就称作“高阻态”。

由于管子PN节带来的结电容的影响，有的资料也会称作“浮空”，通过I/O口给电容充电需要一定的时间，那么IO引脚处的对地的真实电压和水面浮标随波飘动类似了，电压的大小不仅与外界输入有关还和时间有关，在高频情况下这种现象是不能忽略的。

总之一句话高阻态是一个相对概念。在使用的时候我们只要按照要求去做，让我们加上拉我们就加上，都是有一定道理的。