上拉电阻 - 原理介绍与取值计算.doc

本文载自https://learn./tutorials/pull-up-resistors 本人仅作翻译。看了百科上关于上拉电阻的解释说明,写的东西是很多,感觉也很规范,但就是看的不是很懂,这篇教程正好能解决关于上拉电阻的基本疑惑。
上拉电阻
简介
在使用微控制器MCU或者任何数字数字逻辑电路器件时,常常会遇到上拉电阻这个东西。这篇教程将会向你阐述什么时候,在什么地方要使用上拉电阻,并且通过简单的测试证明为什么上拉电阻是不可或缺的。
在继续阅读前请确保你已经了解下面这些名词概念:电压/电流/电阻,数字逻辑,输入/输出。
上拉电阻是什么
首先,假设我们有一个MCU,并且已经将其中一个管脚配置为输入。如果你的程序正在读这个管脚的状态,并且该管脚当前悬空,那么你的程序读的管脚状态是1还是0呢?实际上此时的管脚电压是一个浮动值,程序读的结果是一个不确定(是1还是0呢)值。而为了防止出现这种不确定的状态,就要使用到上拉/下拉电阻了,它们可以让管脚电压要么高于高电平下限,要么低于低电平上限,从而避免让管脚出现不确定状态。
由于实际应用中上拉电阻比下拉电阻更为常见,我们这里就只讲上拉电阻,上拉电阻与下拉电阻原理基本一致,,下拉电阻有一端接地。
上拉电阻通常伴随按键、开头元件出现:
由于上拉电阻的存在,按键没有按下时,输入端口会读到一个高电平。详细点说,与输入端口之间只有一个很小的电流,。
而当按键按下时,输入端直接接地,通过上拉电阻的电流此时流向地,因此输入端读到的电压是低电平。
显而易见,如果没有上拉,按键按下时,VCC将与地直接短路,这是非常可怕的一件事。
那么我们又怎么选择上拉电阻的阻值呢?
一言以蔽之,选个10 kΩ左右的就可以了。
这里,阻值小的电阻器称为大上拉电阻,因为电流会更大,相反,阻值大的电阻器称为小上拉电阻。
上拉电阻的阻值主要取决于两个因素:
当按键没有按下时,输入端的具体电压值取决于上拉电阻的阻值;
当按键按下时,的情况下,经由R1流向地。
一方面,我们不能让上拉电阻阻值太低,这可能会导致电流过大;另一方面,上拉电阻非常大的话,比如4MΩ,那么作为一个上拉电阻,它起的作用可能会适得其反。
经上拉电阻R1和输入电阻R2分压后在输入端的电压值高于高电平下限,那么上拉电阻R1的值就不能非常大,通常的方法是让上拉电阻R1的阻值比输入端输入阻抗小一个数量级(前者为后者的1/10),MCU输入阻抗一般从100k-1MΩ,因此上拉电阻取值10kΩ比较合适。而若上拉电阻R1取值较大,大到与输入电阻R2相等甚至更大,那么可能输入端电压只有1/2*VCC的程度,是5V,。
既然上拉电阻显得