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51单片机的IO口驱动能力、灌电流、拉电流、上拉电阻的选择

2013-11-18 16:23:14 39976 接口单片机高电平

本帖最后由默默地努力于 2013-11-18 16:25 编辑

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”，如下图1所示；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”，如下图2所示。

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。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。

下面我们分析一下拉电流负载和灌电流负载的区别：

图1中，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2中，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。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了！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...等后果。

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。

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。在图2中，假如单片机输出的高电平时4V，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。上拉电阻的大小一般选择在1K-10K之间就行。

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。

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2013-11-18 16:23:14　　评论 淘帖0 举报

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51 个讨论

0 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。在图2中，假如单片机输出的高电平时4V，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。上拉电阻的大小一般选择在1K-10K之间就行。

2014-12-14 17:33:57 评论举报 22^# 刘易斯

0 学习学习

2014-12-25 13:17:48 评论举报 23^# 蒋佳

0 不错！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！

2014-12-26 21:22:34 评论举报 24^# 杨金虎

0 的确是这样的！

2014-12-31 09:30:06 评论举报 25^# WXS木叶

0 新手路过，引脚低电平就是和接地点同电势，是吧？

2015-1-6 09:02:56 评论举报 26^# lalala369

0 学习了

2015-1-10 21:08:12 评论举报 27^# 天心罔心

0 1691714010 发表于 2014-12-14 17:33 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 ... 蓝色的字体部分是不是有错误？没看太懂

2015-3-10 17:40:42 评论举报 28^# 志聪电子

0 学习下~~~~~~~~~~

2015-3-28 12:27:34 评论举报 29^# w

0 受益匪浅！灌电流。

2015-4-11 17:24:11 评论举报 30^# 邹永超

0 默默地努力发表于 2013-11-18 16:25 欢迎大家指正批评................... 楼主的数据来源是什么？实测还是官方数据？因为我找不到数据，也非常感谢分享。真心求证！！！！谢谢！

2015-4-17 18:46:12 评论举报 31^# xxf2371893192

0 总结的不错.

2015-4-21 21:29:17 评论举报 32^# 小盼abc

0 讲的不错，学习了！

2015-5-17 12:25:00 评论举报 33^# 李世才

0 感谢分析。。。。初学者的福音

2015-6-18 00:17:36 评论举报 34^# 扬扬

0 学习了，谢谢分享

2015-6-18 01:03:45 评论举报 35^# 依梦前行

0 学习了，谢谢分享

2015-6-18 01:03:56 评论举报 36^# 依梦前行

0 假如单片机输出的高电平时4V，此时R2两端的电压差为5V-3V=2V 怎么是5V-3V呢，不应该是5V-4V吗新手不懂，是楼主笔误还是有其他原因。

2015-7-21 16:43:35 评论举报 37^# monster90

0 学习了，666666。

2015-9-10 10:04:24 评论举报 38^# 白彬彬

0 这只是51才这样吧已经51的io不是真正的io 其他的如avr灌电流和拉电流的驱动能力差别是不大的

2015-9-26 11:48:15 评论举报 39^# 黄先生

0 monster90 发表于 2015-07-21 16:43 假如单片机输出的高电平时4V，此时R2两端的电压差为5V-3V=2V 怎么是5V-3V呢，不应该是5V-4V吗新手不懂，是楼主笔误还是有其他原因。同问，懂了吗？

2015-9-29 22:18:21 评论举报 40^# 马文鹏

0 讲的不错，重来就没有很深入的去算每个IO口对整个电路的影响今天算是学到了。

2015-9-30 09:21:43 评论举报 41^# 庄邓新