单片机的驱动要设置为低电平有效的分析

单片机的驱动要设置为低电平有效的分析

• 2012-11-30 12:48
• 分类：电子电工
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        和其他初学者一样，本人发现很多单片机的外围电路设计及程序编写大多是以低电平有效来驱动电路的，而高电平的却是少之又少。不明白，搜索之，了解之，总结之，共享之。
问题：
    单片机的外围电路设计及程序编写大多是以低电平有效来驱动电路的？
回答：
    这是因为单片机的低电平时的灌电流一般比高电平时的拉电流要大。如一般的51 系列单片机的I/O 口可以输出4mA 的拉电流或20mA 的灌电流；而其他也有一些芯片，如PIC单片机有一些非常实用的通用特性：I/O口灌电流/拉电流都很大——25MA/25MA。
总结：
    总结：用低电平做驱动，灌电流大，驱动能力强。
 
深入了解：
问题：
    一些芯片的管脚是低电平有效,为什么要在低电平有效的管脚上加个上拉电阻?这样不就成高电平了吗?
回答：
    在低电平有效的管脚上加个上拉电阻是为了在非正常状态时使这个管脚的输入处于无效状态，可以抗干扰。

    回答：这是因为要求做到通用性要大.还要适合各种电子元件的电压问题.
 
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        大家知道单片机的接口本身有一定的驱动能力，但它的驱动能力什么时候可以用什么时候需要另加器件那？
      驱动LED发光管的时候，应该分共阳接法和共阴接法这两种：

1. 共阳接法：       

        共阳的时候LED正端接正电源，负端通过一个限流电阻接P口，这时不用接上拉电阻，只要这个限流电阻取合适就可以了；

        发光管亮的时候电流就是从电源正——LED——限流电阻——P口，P口为低电位。

        发光管灭的时候没有电流流过，P口为高电位或高阻状态。

2. 共阴接法：

       共阴的时候 LED负端接地，正端直接P口，这时候要接上拉电阻，这个上拉电阻是提供LED发光用的，

       发光管亮的时候电流是从电源正——上拉电阻—— LED——地。这时上拉电阻也是限流用的，P口为高电位或高阻状态。

       发光管暗的时候电流是从电源正——上拉电阻——P口，这时LED无电流流过，P口为低电位，限流电阻上流过电流全部从P口流入。

要从单片机的输出驱动能力开始讲起。
下面是本人做过的LED上拉电阻试验
测试条件：
VCC=4.96V,φ3绿色发光二极管。
二极管正极接VCC，负极通过RL接地。
没有进行更大的电阻测试，因为我的万用表电压档内阻为10M。
RL     VLED     VRL    电流 亮度
----------------------------
1K    1.93V    3.03V   3mA     很亮
5K    1.82V    3.14V   0.6mA   比较亮
100K  1.66V    3.30V   33uA    微亮
3.3M  1.51V    3.45V   1.0uA   不亮
10M   1.42V    3.45V   0.3uA   不亮
----------------------------
        通过以上测试可以看出，发光二极管即使有很小的电流时，在LED的压降也是很明显的。这也符合发光二极管的特性曲线。
        所以，如果与发光二极管驱动的下一级内阻要是比较小（小于10M）的话，那么其输出必然是3V左右。
        当然如果使用的前级驱动电路有内部上拉（如PCF8574T内部有100uA弱上拉，51的P1或P2，P3口等）则另当别论。所以我说如果这样用最好并联一个10K的电阻。

        单片机输出驱动分为高电平驱动和低电平驱动两种方式，所谓高电平驱动，就是端口输出高电平时的驱动能力，所谓低电平驱动，就是端口输出低电平时的驱动能力；

       当单片机输出高电平时，其驱动能力实际上是*端口的上拉电阻来驱动的，实际测试表明，51单片机的上拉电阻的阻值在330K左右，也就是说如果*高电平驱动，本质上就是*330K的上拉电阻来提供电流的，当然该电流是非常小的，小的甚至连发光二极管也难以点亮，如果要保证LED发光二极管正常发光，必须要外接一个1K左右的上拉电阻，如果是一个led还好，要是10个、20个led的话，就要接10个、20个1K的上拉电阻，接电阻的本身是可以的，问题是接了上拉电阻以后，每当端口变为低电平0的时候，那么就有10个、20个上拉电阻被无用的导通，假设每个电阻的电流为5mA计算，20个电阻就是 100mA，这将造成电源效率的严重下降，导致发热，纹波增大，以至于造成单片机工作不稳，因此很少有采用高电平直接驱动led的，高电平驱动led实际上就是共阴。

        低电平驱动就不同了，端口为低电平0时，端口内部的开关管导通，可以驱动高达30多毫安的驱动电流，可以直接驱动led等负载，当端口为低电平0时，尽管内部的上拉电阻也是消耗电流的，但是由于内部的上拉电阻很大，有330K，因此消耗电流极小，基本上不会影响电源效率，不会造成无用功的大量消耗，因此51单片机是不能用高电平直接驱动led发光管的，只能用低电平直接驱动led，即只能用共阳数码管，而不能直接用共阴数码管。