許多人在開始學(xué)習(xí)實用的動手電子產(chǎn)品時學(xué)到的第一課就是需要上拉電阻。是防止微控制器上的浮動 I/O 引腳還是通過漏極開路設(shè)計連接兩個電路；上拉電阻器是一個經(jīng)常需要但很少被重視的組件。那么為什么我們要使用上拉電阻，我們不能只將一根電線連接到我們設(shè)備的 V cc電源嗎？您應(yīng)該使用多大尺寸的電阻器？

那么，為什么我們一開始還需要麻煩上拉電阻呢？假設(shè)我們有一個瞬時常開按鈕，我們不希望 I/O 引腳懸空。為什么不直接將電線連接到I/O 引腳和按鈕引線之間的 V cc ？這將有助于防止微控制器的 I/O 引腳在未按下按鈕時浮動——它需要一個 V cc或一個穩(wěn)定的高電平。然而，一旦按下按鈕，V cc和地之間就會發(fā)生短路（圖 1). 這會產(chǎn)生大量熱量，如果設(shè)備是電池供電的，它會很快耗盡電池電量。除了阻礙與浮動微控制器 I/O 引腳相關(guān)的問題外，在使用漏極開路拓?fù)鋾r，上拉電阻器也是必不可少的。我們在此Bench Talk 帖子中詳細(xì)討論了開放式排水管。

圖 1：僅連接一根電線會導(dǎo)致短路（左）。上拉電阻器可防止浮動輸入，同時防止不必要的短路（右）。（來源：作者）

那么我們?nèi)绾芜x擇合適尺寸的電阻器呢？與大多數(shù)好的工程問題一樣，答案取決于您的應(yīng)用。讓我們從考慮極端選項 0Ω 開始，比如說 1mΩ。我們已經(jīng)討論過 0Ω 選項（小值電阻器被稱為強(qiáng)上拉，因為它們允許大量電流流動）。電阻值太小，我們會得到太多的電流，這可能不安全，或者至少是能源效率低下。如果我們使用一個巨大的 1mΩ 電阻器會怎樣？那不安全嗎？大電阻值被稱為弱上拉，因為它們可以防止過多的電流流動。答案是肯定的，但這是有代價的。在這種情況下，這是速度和功率之間的權(quán)衡。

將微控制器的 I/O 引腳想象成一個電容器。回想一下，電容器兩端的電壓不能瞬間改變。相反，它根據(jù)所謂的時間常數(shù) (T) 充電，數(shù)學(xué)上表示為 T=RC，其中 R 是電阻器的值，??C 是電容器的值。當(dāng)我們添加一個非常大的電阻器時，我們會通過限制電流來增加電容器充電所需的時間。實際上，這意味著微控制器不會立即檢測到按下的按鈕，因為微控制器需要一些時間才能看到電壓從它認(rèn)為的 LOW/OFF 狀態(tài)變?yōu)?HIGH/ON 狀態(tài)。從用戶的角度來看，這可能會導(dǎo)致不可接受的電路性能。該系統(tǒng)似乎沒有及時響應(yīng)。2 C 串行通信協(xié)議，大的定時常數(shù)會對 I 2 C 總線在其串行數(shù)據(jù)線 (SDA) 和串行時鐘線 (SCL) 線上實現(xiàn)所需的波特率產(chǎn)生負(fù)面影響。

從數(shù)學(xué)上講，這就是計算電阻值的方式：

R p(min)是可接受的最小電阻值，由下式給出：

R p(min) = (V cc - V OL(max) ) / I OL 由此：

V cc是電源電壓。

V OL(max)是被微控制器的 I 2 C 引腳記錄為低電平的最大電壓。

I OL是 V OL的電流消耗

的

R p(max)是可接受的最大電阻值，由下式給出：

R p(max) = t r / (0.8473 x C b ) 其中：

t r 是 SDA 和 SCL 線路對于所需波特率可接受的上升時間。檢查設(shè)計中使用的設(shè)備的數(shù)據(jù)表。

C b 是將被驅(qū)動的預(yù)期容性負(fù)載。附帶說明一下，可以共享 I 2 C 總線的設(shè)備數(shù)量受印刷電路板 (PCB) 和設(shè)備輸入電容之和的限制。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和快速工作模式的 I 2 C 規(guī)范，此限制為 400pF。之后需要一個I 2 C緩沖芯片。這通常發(fā)生在 7 位可尋址 I 2 C 實現(xiàn)的 112 個設(shè)備的理論尋址限制之前。

現(xiàn)在根據(jù)實際經(jīng)驗，以下是您應(yīng)該考慮在電路中測試的電阻值，以查看是否獲得所需的性能：

一般用途為 1kΩ 至 10kΩ。

10kΩ 至 100kΩ，如果您有低功耗用例，例如電池供電的設(shè)備。

最后要考慮的是，許多微控制器都有可以通過代碼打開的內(nèi)部上拉電阻。請務(wù)必查看數(shù)據(jù)表，了解內(nèi)部電阻值的大小是否適合您的應(yīng)用。如果沒有，您將不得不使用外部上拉電阻。

審核編輯：湯梓紅