下拉电阻

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STM32中的GPIO

以STM32中的GPIO为例，如上图是GPIO的结构图。

从上图中标号2处可以看到，上拉和下拉电阻上都有一个开关，通过配置上下拉电阻开关，可以控制引脚的默认电平，这里有三种状态：

开启上拉时，引脚默认电压为高电平
开启下拉时，引脚默认电压为低电平
上拉和下拉不开启时，这种状态我们称为浮空模式

STM32上下拉及浮空模式的配置是通过GPIOx_CRL和GPIOx_CRH寄存器控制的，可以通过《STM32F1xx 中文参考手册》查阅。

开启上拉电阻或下拉电阻的作用

STM32内部的上拉其实是一个弱上拉，也就是说通过此上拉电阻输出的电流很小，如果想要输出一个大电流。那么就需要外接上拉电阻了，其实就是增加导线的输出电流。

下拉电阻情况相反，让STM32的CPU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，其实就是为了降低导线的输出电流。

另外当上下拉电阻都不开启，此时是浮空模式，引脚的电压是不确定的，此模式下的管脚电压会时不时改变。

所以为了防止引脚悬空，产生积累电荷、静电荷，造成电路不稳定。一般情况下，我们都会给引脚设置成上拉或者下拉模式，使它有一个确定的默认电平状态。

以上拉电阻举例，在STM32刚上电的时候，芯片引脚电平是不确定的。特别引脚是接按键的时候，必须给他个确定的电平。下拉电阻的作用就是，强制让电平保持在低电平。
上下拉电阻阻值的大小

根据拉电阻的阻值大小，可以分为强拉或弱拉（weak pull-up/down）。拉电阻阻值越小则表示电平能力越强，为强拉，可以抵抗外部噪声的能力也越强，相应的功耗也越大。

举个例子：

按键的上拉电阻可以选择3.3k、4.7k、5.1k、10k等，但是电阻越小，电流越大，功耗也越大。10k的上拉电阻带来的电流，是大多数芯片所能识别到的引脚电流，如果电阻太大，电流太小，引脚识别不了，所以10k是个折中的方案。这里的电流，简单来说是根据公式VDD/R拉电阻计算出来的。

本文转载自：STM32嵌入式开发
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围观 251

1）防止三极管受噪声信号的影响而产生误动作，使晶体管截止更可靠！三极管的基极不能出现悬空，当输入信号不确定时（如输入信号为高阻态时），加下拉电阻，就能使有效接地。特别是GPIO连接此基极的时候，一般在GPIO所在IC刚刚上电初始化的时候，此GPIO的内部也处于一种上电状态，很不稳定，容易产生噪声，引起误动作！加此电阻，可消除此影响(如果出现一尖脉冲电平，由于时间比较短，所以这个电压很容易被电阻拉低；如果高电平的时间比较长，那就不能拉低了，也就是正常高电平时没有影响)！但是电阻不能过小，影响泄漏电流！（过小则会有较大的电流由电阻流入地）

2）当三极管开关作用时，ON和OFF时间越短越好，为了防止在OFF时，因晶体管中的残留电荷引起的时间滞后，在B，E之间加一个R起到放电作用。高频，深饱和时特别要注意。（次要）

3 )三极管基级加电阻主要是为了设置一个偏置电压，这样就不会出现信号的失真（这在输入信号有交流时极其重要：如当温度上升时，Ic将增大，导致Ie也会增大，那么在Re上的压降也增大，而Vbe=Vb-IeRe，而Vb此时基本上被下拉电阻保持住，所以使Vbe减小。当然这个减小对0.7v来说是很小的，是从微观上去分析的。Vbe的减小，使Ib减小，结果牵制了Ic的增加，从而使Ic基本恒定。这也是反馈控制的原理）。而且同时还是为了防止输入电流过大，加个电阻可以分一部分电流，这样就不会让大电流直接流入三极管而损坏其．至于为了放电，一般是在ＭＯＳ管中才用，三极管这个问题不大。

4）如果三极管不接下拉电阻，就不能设定偏置电压，这样会产生输入信号的交越失真，并且输入电流过大的时候会导致大电流直接流入三极管而损坏其．三极管我们分析的时候有时候

总是认为它的内部是有二极管的效应的，但这样是错误的认识，应该更正。而ＭＯＳ管同样需要一个偏制电压，而下拉电阻可以起到这样的作用，我们一般称之为ＧＡＴＥ偏制。由于ＭＯＳ管内部的三个级是彼此绝缘的，所以自然会有电容效应在，当信号消失的时候内部的等效电容可以通过下拉电阻进行放电。而且也是必须的，否则会逻辑出错。

接下拉电阻时还要注意：

１、下拉电阻阻值不能太大，不然会导致流入基级的电流太小
２、如果是高速开关信号，尽量在下拉电阻上并连一个电容以提高高速性能

转自：几米™

围观 313

在很多MCU中，都有上拉和下拉的概念，从8051到AVR再到ARM，都有！

上拉：

简单理解起来，上拉就是通过一个电阻接到高电平，在MCU中主要是为了提高芯片的驱动能力，如8051的P0口，在8051的PDF中，我们可以看到：

（1）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

（2）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

图中的 D1，是接在正电源和引脚之间的，这就属于灌电流负载，D1 在单片机输出低电平的时候发光。这个发光的电流，可以用电阻控制在 10 mA 之内。

图中的 D2，是接在引脚和地之间的，这属于拉电流负载，D2 应该在单片机输出高电平的时候发光。但是单片机此时几乎没有输出能力，必须采用外接“上拉电阻”的方法来提供 D2 所需的电流。

在引脚和大地之间有一个三极管，而pin则相当于三极管的基极，起到开关阀门的作用，使上面的电流可以通过LED，流到大地中。

此时，P2.0就起到这个作用，用小电流（不能点亮LED）来控制大电流，上拉电阻同时也起到限流的作用。

另外，为了防止临界电平引起误操作，也采用上拉电阻的方式，使得一个不确定的信号用电阻嵌定在高电平状态。减少意外发生。如ARM的中断就需要。

综上：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。

下拉：

下拉就是通过一个电阻接到低电平，把输出嵌位在低电平。同时对输出电流起到限流的作用，由于在实际中比较少用到，此处只是略微提一下。

转自：金凡

围观 351

本文主要介绍相关接口电路的基本概念：

在电路中常会遇到漏极开路（Open Drain）和集电极开路（Open Collector）两种情形。漏极开路电路概念中提到的“漏”是指 MOSFET的漏极。同理，集电极开路电路中的“集”就是指三极管的集电极。在数字电路中，分别简称OD门和OC门。

1、集电极开路输出

典型的集电极开路电路如图所示。电路中右侧的三极管集电极什么都不接，所以叫做集电极开路，左侧的三极管用于反相作用，即左侧输入“0”时左侧三极管截止，VCC通过电阻加到右侧三极管基极，右侧三极管导通，右侧输出端连接到地，输出“0”。

从图中电路可以看出集电极开路是无法输出高电平的，如果要想输出高电平可以在输出端加上上拉电阻。因此集电极开路输出可以用做电平转换，通过上拉电阻上拉至不同的电压，来实现不同的电平转换。

用做驱动器。由于OC门电路的输出管的集电极悬空，使用时需外接一个上拉电阻Rp到电源VCC。OC门使用上拉电阻以输出高电平，此外为了加大输出引脚的驱动能力，上拉电阻阻值的选择原则，从降低功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大；从确保足够的驱动电流考虑应当足够小。

将OC门输出连在一起时，再通过一个电阻接外电源，可以实现“线与”逻辑关系。只要电阻的阻值和外电源电压的数值选择得当，就能做到既保证输出的高、低电平符合要求，而且输出三极管的负载电流又不至于过大。

集电极开路输出除了可以实现多门的线与逻辑关系外，通过使用大功率的三极管还可用于直接驱动较大电流的负载，如继电器、脉冲变压器、指示灯等。

2、漏极开路输出

和集电极开路一样，顾名思义，开漏电路就是指从MOSFET的漏极输出的电路。典型的用法是在漏极外部的电路添加上拉电阻到电源如图所示。完整的开漏电路应由开漏器件和开漏上拉电阻组成。这里的上拉电阻R的阻值决定了逻辑电平转换的上升/下降沿的速度。阻值越大，速度越低，功耗越小。因此在选择上拉电阻时要兼顾功耗和速度。标准的开漏脚一般只有输出的能力。添加其它的判断电路，才能具备双向输入、输出的能力。

很多单片机等器件的I/O就是漏极开路形式，或者可以配置成漏极开路输出形式，如51单片机的P0口就为漏极开路输出。在实际应用中可以将多个开漏输出的引脚连接到一条线上，这样就形成“线与逻辑”关系。注意这个公共点必须接一个上拉电阻。当这些引脚的任一路变为逻辑0后，开漏线上的逻辑就为0了。在I2C等接口总线中就用此法判断总线占用状态。

同集电极开路一样，利用外部电路的驱动能力，减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时，驱动电流是从外部的VCC流经上拉电阻，再经MOSFET到GND。IC内部仅需很下的栅极驱动电流，因此漏极开路也常用于驱动电路中。

3、推挽输出

在功率放大器电路中经常采用推挽放大器电路，这种电路中用两只三极管构成一级放大器电路，如图所示。两只三极管分别放大输入信号的正半周和负半周，即用一只三极管放大信号的正半周，用另一只三极管放大信号的负半周，两只三极管输出的半周信号在放大器负载上合并后得到一个完整周期的输出信号。

推挽放大器电路中，一只三极管工作在导通、放大状态时，另一只三极管处于截止状态，当输入信号变化到另一个半周后，原先导通、放大的三极管进入截止，而原先截止的三极管进入导通、放大状态，两只三极管在不断地交替导通放大和截止变化，所以称为推挽放大器。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流

4、上拉电阻与下拉电阻

在嵌入式接口的相关应用中经常提到上拉电阻与下拉电阻，顾名思义，上拉电阻就是把端口连接到电源的电阻，下拉电阻就是把端口连接到地的电阻。虽然电路形式非常简单，然而上拉电阻与下拉电阻在很多场合却扮演着非常重要的作用。简单的说，上拉电阻的主要作用在于提高输出信号的驱动能力、确定输入信号的电平（防止干扰）等，具体的表现为：

当TTL电路驱动COMS电路时，如果TTL电路输出的高电平低于COMS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。

OC门电路必须加上拉电阻，以提高输出的搞电平值。

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。

在COMS芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻产生降低输入阻抗，提供泄荷通路。

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。

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。

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。

上拉电阻阻值的选择原则包括:

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。

从确保足够的驱动电流考虑应当足够小；电阻小，电流大。

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。