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。 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”; 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。 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。 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。
虽然引脚已经可以直接驱动 LED 发光,但是且慢,先别太高兴,还是看看 AT89C51 单片机引脚的输出能力吧。 Maximum IOL per port pin: 10 mA; 这里是说: 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。 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。 再看看上面的电路图: 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。 从上面的图中可以看到,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 ! 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! 那么,把上拉电阻加大些,可以吗? 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:稳定性啦、速度啦...。 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。 |
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