1.基础概念
先看一下小度的解释。“上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平,电阻同时起限流作用。下拉同理,也是将不确定的信号通过一个电阻钳位在低电平”。这个解释听着简简单单的,不过也确实是上下拉电阻最基本的作用了。
在实际的电路设计中,因应用场合的不同,上下拉电阻呈现出不同的状态。
2.基础应用
上下拉电阻在数字电路中使用,为了好理解一点,可把上下拉电阻大致分为两种应用场景:1.用于输入信号;2.用于输出信号;
(1)上下拉电阻用于输入信号
数字电路中,对于信号输入需要有较为明确的信号,或高,或低。MCU引脚悬空状态,受到其它噪声干扰时,极易出现不可预估的电平信号,这些不可控的电平信号,显然不是我们需要的。此时加上上下拉电阻就可以避免了这种状况,能够将信号箝位至某个我们需要的电平;

如图,复位电路,电平低有效。我们当然是希望MCU上电时复位是处于无效状态的,所以使用上拉电阻,当key断开时是把输入电平拉高。当我们需要复位时,才可通过闭合key把电平拉低来进行复位操作。

同理,下拉是把输入控制在低电平。如图,EN高电平有效,在key1断开时,EN信号线一直是低电平。在key1闭合时电平才拉高,起到了控制使能的作用;(注意信号输入线的电流大小,判断是否加限流电阻)
目前很多MCU内部都已经集成了上下拉电阻,根据自己的需求,通过相应的寄存器配置,就可以使用了;

图为NXP S32K1xx系列参考手册内容。一般MCU的上下拉只有在IO设置输入模式时有效,MCU内部大都使用的弱上下拉。

如图R1为上拉电阻,R2为下拉电阻。可通过配置S1和S2来设置模式(上拉,下拉,浮空);
有弱上下拉,就有强上下拉。
最直接点的解释:强上下拉指的是上下拉的电阻较小,通过电流较大,从而驱动能力较强;弱上下拉指的是上下拉的电阻较大,通过电流较小,从而驱动能力较弱;
当MCU无内部上下拉或内部上下拉无法满足你的需求时,你可以在外部设计上下拉电阻;

如图这几个电阻可以单独设计,也可以互相搭配,计算就是简单的欧姆定理,最终目的是得到你想要的结果就行了;
(2)上下拉电阻用于输出信号
对于输出来讲,上拉电阻常用在开漏(OD)或开集(OC)结构引脚上。什么是开漏(OD)和开集(OC)呢?可简单理解“漏”是指 MOSFET的漏极,“集”就是指三极管的集电极。即OC结构存在于三极管,而OD结构存在于场效管,它们的原理是基本一致的;
OC,OD输出结构如下图所示;


我们以OC结构为例,当内部输出"H"时Q1饱和导通,将对应输出IO引脚拉为低电平“L”,即IO口输出低电平;
当内部输出"L"时,Q1截止,此时IO引脚悬空,IO引脚无法输出高电平,没有驱动能力。因此使用时需外接一个上拉电阻R1到电源VCC,OC门依靠上拉电阻以输出高电平,驱动电流由VCC提供。同理OD结构也是如此。其结构如下图:


在说一说单片机常用的推挽输出。

如图红框部分可通过软件选择开漏或推挽输出,当两个MOS都激活时就是典型的推挽输出模式。推挽输出的特点:1.可以输出高低电平,高低电平幅度由Vdd和Vss决定;2.有比较强的驱动能力(输入或输出电流能力);
"愿你出走半生,归来仍是少年。"
最后
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