弱上拉，灌电流，拉电流

补充：

输出电压=VCC就是高电平，输出电压=GND（一般是0V）就是低电平，分别用1和0来表示，这个是理想值。但实际上它也有一个范围，这个会在单片机的datasheet里说明。比如你的单片机供电压（VCC）=5V，那么，datasheet里会说明高电平最低要达到多少伏，比如给出的是3.7V，那么在3.7~VCC的范围内，单片机都会识别成高电平。低电平会说明最高能达到多少伏，比如0.8V，那么GND~0.8V这个范围内的电压都会被识别为低电平。中间状态（0.8V~3.7V）识别状态不定，可能是高电低也可能是低电平。

单片机正常工作时引脚电压是：

1. 工作电源如果是5V就是高电平接近5V 低电平接近0V。
2. 工作电源如果是3V同理就是高电平接近3V 低电平接近0V。
3. 工作电源如果是1.5V同理就是高电平接近1.5V 低电平接近0V。

注：单片机正常工作时引脚电压是高电平接近1工作电源电压， 低电平接近0V。

       

 

       弱上拉，通俗说法是：比较弱的上拉（上拉电阻阻值小：强上拉，上拉电阻阻值大：弱上拉）。一般用在和外围器件的通讯上，如IIC总线等，但不能用于需要驱动能力的上拉应用中，如驱动电机，LED灯等。

弱上拉，推挽，开漏是3种输出方式.

（1）当设置为弱上拉输出方式,此时各个I/O口与VDD之间约有100K电阻.如输出逻辑电平为1（通常是引脚置1）,则输出端有接近VDD或VCC的电平出现;如输出为0,则弱上拉电路自动关闭.当输出端处于模拟量输入状态时,弱上拉电路也会自动关闭.

（2）当设置为漏及开路,应外接上拉电阻(10K),使I/O口输出为1时,有3.5V以上的高电平输出

（3）当设置为推挽输出,至少可驱动20多个LS TTL门电路.可直接驱动外设接口,无须外加驱动总线的芯片(如74LS244,74LS245等),其总线驱动能力比C8051大大加强,而且灵活.

以51单片机的IO口设计按键电路为例，在单片机IO口内部，也有一个上拉电阻的存在。按键接到P2口上，P2口上电默认是准双向IO口，现在了解一下这个准双向IO口的电路，如图8-7所示。

 

图8-7 准双向IO口结构图

（内部电阻R的范围一般在10k-100k左右，所以在没有外部上拉电阻的情况下是处于弱上拉状态，此时驱动能力不强。而加了外部上拉电阻后，两个电阻处于并联情况，属于强上拉，驱动能力符和运用要求）

现在绝大多数单片机的IO口都是使用MOS管而非三极管，但用在这里的MOS管其原理和三极管基本是一样的。

图8-7方框内的电路都是指单片机内部部分，方框外的就是外接的上拉电阻。当要读取外部按键信号的时候，首先单片机必须得给个‘1’，也就是高电平才能正常的读取外部的按键信号。下面作出分析：

当内部输出是高电平，经过一个反向器变成低电平，NPN三极管不会导通，那么单片机IO口从内部来看，由于上拉电阻R的存在，所以是一个高电平。当外部没有按键按下将电平拉低的话，VCC也是+5V，他们之间虽然有2个电阻，但是没有压差，就不会有电流，线上所有的位置都是高电平，这个时候我们就可以正常读取到按键的状态了。

当内部输出是个低电平，经过一个反相器变成高电平，NPN三极管导通，那么单片机的内部IO口就是个低电平，这个时候，外部虽然也有上拉电阻的存在，但是两个电阻是并联关系，不管按键是否按下，单片机的IO口上输入到单片机内部的状态都是低电平，我们就无法正常读取到按键的状态了。

这个和水流其实很类似的。内部和外部，只要有一边是低电位，那么电流就会顺流而下，由于只有上拉电阻，下边没有电阻分压，直接到GND上了，所以不管另外一边是高还是低，那电位肯定就是低电位了。

这里得到一个结论，这种具有上拉的准双向IO口，如果要正常读取外部信号的状态，必须首先得保证自己输出的电平是‘1’，如果输出‘0’，则无论外部信号是高是低，这个引脚读进来的都是低。

 

拉电流负载和灌电流负载：

 

 

       图左是灌电流负载。单片机输出低电平时，LED亮，；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。

       图右是拉电流负载。单片机输出低电平的时候，LED不亮，此时VCC通过R2把电流全部灌进单片机IO口，并且电流时5ma。

单片机输出高电平的时候，VCC通过R2将电流注入到LED中，led亮（说法不对，应该是P1.0引脚的电压Vcc直接通过发光二极管将特大电流注入二极管）。注意到了吗？　LED 不发光的时候，上拉电阻给的电流全部灌入单片机的引脚。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。此时单片机就会出现工作不稳定的现象。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。

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，并且功耗大。

     如果加大上拉电阻呢？

     答：这也不行，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。在图右，假如单片机输出的高电平时3V，此时R2两端的电压差为5V-3V=2V。经过R2的电流为I=2V/1000=2ma,这一部分电流将全部流入LED。如果加大电阻，上拉电阻提供的电流将会减小。

所以应该采用“灌电流负载”的电路形式，以避免无谓的电流消耗。