单片机-驱动能力(拉电流,灌电流) 上拉电阻的利弊 .d

单片机-驱动能力(拉电流，灌电流) 上拉电阻的利弊

分类：单片机硬件2011-02-13 02:14 540人阅读评论(0) 收藏举报看来很多网友都搞不清灌电流和拉电流的概念，下面就此解释一下，希望看过本文后不再就此困扰。

一个重要的前提：灌电流和拉电流是针对端口而言的。

名词解释——灌：注入、填充，由外向内、由虚而实。渴了，来一大杯鲜榨橙汁，一饮而尽，饱了，这叫“灌”。

灌电流（sink current），对一个端口而言，如果电流方向是向其内部流动的则是“灌电流”，比如一个IO通过一个电阻和一个LED连接至VCC，当该IO输出为逻辑0时能不能点亮LED，去查该器件手册中sink current参数。

名词解释——拉：流出、排空，由内向外，由实而虚。一大杯鲜橙汁喝了，过会儿，憋的慌，赶紧找卫生间，一阵“大雨”，舒坦了，这叫“拉”。

拉电流（sourcing current），对一个端口而言，如果电流方向是向其外部流动的则是“拉电流”，比如一个IO通过一个电阻和一个LED连至GND，当该IO输出为逻辑1时能不能点亮LED，去查该器件手册中sourcing current参数。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。

但是，程序控制不了单片机的输出电流。单片机的输出电流，很大程度上是取决于引脚上的外接器件。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”(sink current)

单片机输出高电平时，则允许外部器件，从单片机的引脚，拉出电流，这个电流，称为“拉电流”，外部电路称为“拉电流负载“(source current)

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。

P1、P2 和P3口，每个引脚可以都带动3 个TTL 输入端，只有P0 口的能力强，它可以带动8 个！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。

它的引脚，甚至不能带动当时的LED 进行正常发光。

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。

看看下图，图中的D1、D2 就可以不经其它驱动器件，直接由单片机的引脚控制发光显示。

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。

从AT89C51 单片机的PDF 手册文件中可以看到，稳态输出时，“灌电流”的上限为：

Maximum IOL per port pin: 10 mA;

Maximum IOL per 8-bit port:Port 0: 26 mA,Ports 1, 2, 3: 15 mA;

Maximum total I for all output pins: 71 mA.

这里是说：

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；

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。

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。

这个结论是依照手册中给出的数据做出来的。

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。

在芯片的内部，引脚和地之间，有个三极管，所以引脚具有下拉的能力，输出低电平的时候，允许灌入10mA 的电流；而引脚和正电源之间，有个几百K的“内部上拉电阻”，所以，引脚在高电平的时候，能够输出的拉电流很小。特别是P0 口，其内部根本就没有上拉电阻，所以P0 口根本就没有高电平输出电流的能力。

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。

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！

如果四个8 位接口，都加上1K 的上拉电阻，最大有可能出现32 × 5 = 160mA 的电流，都流入到单片机中！

这个数值已经超过了单片机手册上给出的上限。如果此时单片机工作不稳定，就是理所当然的了。

而且这些电流，都是在负载处于无效的状态下出现的，它们都是完全没有用处的电流，只是产生发热、耗电大、电池消耗快...等后果。

呵呵，特别是现在，都在提倡节能减排，低碳...。

那么，把上拉电阻加大些，可以吗？

回答是：不行的，因为需要它为拉电流负载提供电流。对于LED，如果加大电阻，将使电流过小，发光暗淡，就失去发光二极管的作用了。

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...。

其实，“上拉电阻”和“拉电流负载”电路，是会对单片机系统造成不良后果的。

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。