一、定義：

　　1、上拉就是將不確定的信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻嵌位在高電平!電阻同時(shí)起限流作用!下拉同理

　　2、上拉是對(duì)器件注入電流，下拉是輸出電流

　　3、弱強(qiáng)只是上拉電阻的阻值不同，沒(méi)有什么嚴(yán)格區(qū)分

　　4、對(duì)于非集電極(或漏極)開(kāi)路輸出型電路(如普通門電路)提升電流和電壓的能力是有限的，上拉電阻的功能主要是為集電極開(kāi)路輸出型電路輸出電流通道。

　　二、拉電阻作用：

　　1、一般作單鍵觸發(fā)使用時(shí)，如果IC本身沒(méi)有內(nèi)接電阻，為了使單鍵維持在不被觸發(fā)的狀態(tài)或是觸發(fā)后回到原狀態(tài)，必須在IC外部另接一電阻。

　　2、數(shù)字電路有三種狀態(tài)：高電平、低電平、和高阻狀態(tài)，有些應(yīng)用場(chǎng)合不希望出現(xiàn)高阻狀態(tài)，可以通過(guò)上拉電阻或下拉電阻的方式使處于穩(wěn)定狀態(tài)，具體視設(shè)計(jì)要求而定!

　　3、一般說(shuō)的是I/O端口，有的可以設(shè)置，有的不可以設(shè)置，有的是內(nèi)置，有的是需要外接，I/O端口的輸出類似與一個(gè)三極管的C，當(dāng)C接通過(guò)一個(gè)電阻和電源連接在一起的時(shí)候，該電阻成為上C拉電阻，也就是說(shuō)，如果該端口正常時(shí)為高電平，C通過(guò)一個(gè)電阻和地連接在一起的時(shí)候，該電阻稱為下拉電阻，使該端口平時(shí)為低電平，其作用主要是確保某端口常態(tài)時(shí)有確定電平：用法示例：當(dāng)一個(gè)接有上拉電阻的端口設(shè)為輸入狀態(tài)時(shí)，他的常態(tài)就為高電平，用于檢測(cè)低電平的輸入。

　　4、上拉電阻是用來(lái)解決總線驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)提供電流的。一般說(shuō)法是拉電流，下拉電阻是用來(lái)吸收電流的，也就是我們通常所說(shuō)的灌電流。

　　5、接電阻就是為了防止輸入端懸空。

　　6、減弱外部電流對(duì)芯片產(chǎn)生的干擾。

　　7、保護(hù)cmos內(nèi)的保護(hù)二極管，一般電流不大于10mA。

　　8、通過(guò)上拉或下拉來(lái)增加或減小驅(qū)動(dòng)電流。

　　9、改變電平的電位，常用在TTL-CMOS匹配。

　　10、在引腳懸空時(shí)有確定的狀態(tài)。

　　11、增加高電平輸出時(shí)的驅(qū)動(dòng)能力。

　　12、為OC門提供電流。

　　三、上拉電阻應(yīng)用原則：

　　1、當(dāng)TTL電路驅(qū)動(dòng)COMS電路時(shí)，若TTL電路輸出的高電平低于COMS電路的最低高電平(一般為3.5V)，這時(shí)就需要在TTL的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平值。注：此時(shí)上拉電阻連接的電壓值應(yīng)不低于CMOS電路的最低高電壓，同時(shí)又要考慮TTL電路方電流(如某端口最大輸入或輸出電流)的影響。

　　2、OC門電路必須加上拉電阻，才能使用。

　　3、為加大輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力，有的單片機(jī)管腳上也常使用上拉電阻。

　　4、在COMS芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻產(chǎn)生降低輸入阻抗，提供泄荷通路。

　　5、芯片的管腳加上拉電阻來(lái)提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號(hào)的噪聲容限增強(qiáng)抗干擾能力。

　　6、提高總線的抗電磁干擾能力，管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。

　　7、長(zhǎng)線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上下拉電阻是電阻匹配，有效的抑制反射波干擾。

　　8、在數(shù)字電路中不用的輸入腳都要接固定電平，通過(guò)1k電阻接高電平或接地。

　　四、上拉電阻阻值選擇原則:

　　1、從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大;電阻大，電流小。

　　2、從確保足夠的驅(qū)動(dòng)電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠小;電阻小，電流大。

　　3、對(duì)于高速電路，過(guò)大的上拉電阻可能邊沿變平緩。綜合考慮以上三點(diǎn),通常在1k到10k之間選取。對(duì)下拉電阻也有類似道理。

　　對(duì)上拉電阻和下拉電阻的選擇應(yīng)結(jié)合開(kāi)關(guān)管特性和下級(jí)電路的輸入特性進(jìn)行設(shè)定，主要需要考慮以下幾個(gè)因素：

　　1、驅(qū)動(dòng)能力與功耗的平衡。以上拉電阻為例，一般地說(shuō)，上拉電阻越小，驅(qū)動(dòng)能力越強(qiáng)，

　　但功耗越大，設(shè)計(jì)是應(yīng)注意兩者之間的均衡。

　　2、下級(jí)電路的驅(qū)動(dòng)需求。同樣以上拉電阻為例，當(dāng)輸出高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，上拉電阻

　　應(yīng)適當(dāng)選擇以能夠向下級(jí)電路提供足夠的電流。

　　3、高低電平的設(shè)定。不同電路的高低電平的門檻電平會(huì)有不同，電阻應(yīng)適當(dāng)設(shè)定以確保能

　　輸出正確的電平。以上拉電阻為例，當(dāng)輸出低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，上拉電阻和開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通電阻分壓值應(yīng)確保在零電平門檻之下。

　　4、頻率特性。以上拉電阻為例，上拉電阻和開(kāi)關(guān)管漏源級(jí)之間的電容和下級(jí)電路之間的輸入電容會(huì)形成RC延遲，電阻越大，延遲越大。上拉電阻的設(shè)定應(yīng)考慮電路在這方面的需求。

　　在集成電路中，吸電流、拉電流輸出和灌電流輸出是一個(gè)很重要的概念。拉電流：拉即泄，主動(dòng)輸出電流，是從輸出口輸出電流。

　　關(guān)于電阻的參數(shù)不能一概而定，要看電路其他參數(shù)而定，比如通常用在輸入腳上的上拉電阻如果是為了抬高峰峰值，就要參考該引腳的內(nèi)阻來(lái)定電阻值的!

　　1、一般LED的電流有幾個(gè)mA就夠了，最大不超過(guò)20mA，根據(jù)這個(gè)你就應(yīng)該可以算出上拉電阻值來(lái)了。(5-0.7)/20mA=200ohm,差不多吧,保險(xiǎn)起見(jiàn)考慮到功耗問(wèn)題就用1~2k左右的電阻較為合適以上4圖表示的是上拉電阻從220歐到5.1K歐的LED亮度變化，當(dāng)然實(shí)際還是有出入的，我們實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)板10K的電阻依然把LED點(diǎn)的很亮~(當(dāng)然根據(jù)我們的計(jì)算電阻最小不要小于200歐姆，否則電流太大)

　　2、對(duì)于驅(qū)動(dòng)光耦合器，如果是高電位有效，即耦合器輸入端接端口和地之間，那么和LED的情況是一樣的;如果是低電位有效，即耦合器輸入端接端口和VCC之間，那么除了要串接一個(gè)1~4.7k之間的電阻以外，同時(shí)上拉電阻的阻值就可以用的特別大，用100k~500K之間的都行，當(dāng)然用10K的也可以，但是考慮到省電問(wèn)題，沒(méi)有必要用那么小的。

　　3、對(duì)于驅(qū)動(dòng)晶體管，又分為PNP和NPN管兩種情況：

　　a、對(duì)于NPN：毫無(wú)疑問(wèn)NPN管是高電平有效的，因此上拉電阻的阻值用2K~20K之間的。具體的大小還要看晶體管的集電極接的是什么負(fù)載，對(duì)于LED類負(fù)載，由于發(fā)管電流很小，因此上拉電阻的阻值可以用20k的，但是對(duì)于管子的集電極為繼電器負(fù)載時(shí)，由于集電極電流大，因此上拉電阻的阻值最好不要大于4.7K，有時(shí)候甚至用2K的。

　　b、對(duì)于PNP管，毫無(wú)疑問(wèn)PNP管是低電平有效的，因此上拉電阻的阻值用100K以上的就行了，且管子的基極必須串接一個(gè)1~10K的電阻，阻值的大小要看管子集電極的負(fù)載是什么，對(duì)于LED類負(fù)載，由于發(fā)光電流很小，因此基極串接的電阻的阻值可以用20k的，但是對(duì)于管子的集電極為繼電器負(fù)載時(shí)，由于集電極電流大，因此基極電阻的阻值最好不要大于4.7K。

　　4、對(duì)于驅(qū)動(dòng)TTL集成電路，上拉電阻的阻值要用1~10K之間的，有時(shí)候電阻太大的話是拉不起來(lái)的，因此用的阻值較小。但是對(duì)于CMOS集成電路，上拉電阻的阻值就可以用的很大，一般不小于20K，通常用100K的，實(shí)際上對(duì)于CMOS電路，上拉電阻的阻值用1M的也是可以的，但是要注意上拉電阻的阻值太大的時(shí)候，容易產(chǎn)生干擾，尤其是線路板的線條很長(zhǎng)的時(shí)候，這種干擾更嚴(yán)重，這種情況下上拉電阻不宜過(guò)大，一般要小于100K，有時(shí)候甚至小于10K。

　　5、關(guān)于I2C的上拉電阻：因?yàn)镮2C接口的輸出端是漏極開(kāi)路或集電極開(kāi)路，所以必須在接口外接上拉。上拉電阻的取值和I2C總線的頻率有關(guān)，工作在standard mode時(shí)，其典型值為10K。在FAST mode時(shí)，為減少時(shí)鐘上升時(shí)間，滿足上升時(shí)間的要求，一般為1K。電阻的大小對(duì)時(shí)序有一定影響，對(duì)信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間也有影響?？傊话闱闆r下電壓在5V時(shí)選4.7K左右,3.3V在3.3K左右.這樣可加大驅(qū)動(dòng)能力和加速邊沿的翻轉(zhuǎn)

　　I2C上拉電阻確定有一個(gè)計(jì)算公式：

　　Rmin={Vdd(min)-o.4V}/3mA

　　Rmax=(T/0.874) *c, T=1us 100KHz, T=0.3us 400KHz

　　C是Bus capacitance

　　五、下面通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極開(kāi)路門電路的例子簡(jiǎn)單說(shuō)明一下上拉電阻：

　　TTL電平標(biāo)準(zhǔn)：

　　輸出 L： <0.8V ; H：>2.4V。

　　輸入 L： <1.2V ; H：>2.0V。

　　CMOS電平標(biāo)準(zhǔn)：

　　輸出 L： <0.1*Vcc ; H：>0.9*Vcc。

　　輸入 L： <0.3*Vcc ; H：>0.7*Vcc。

　　注：管子導(dǎo)通或截止可以理解為單片機(jī)的軟件對(duì)端口置1或0.

　　(1)如果沒(méi)有上拉電阻(10k)，將5V電源直接與場(chǎng)效應(yīng)管相連。

　　當(dāng)管子導(dǎo)通時(shí)，管子等效一電阻，大小為1k左右，因此5v電壓全部加在此等效電阻上，輸出端Vout=5v。

　　當(dāng)管子截止時(shí)，管子等效電阻很高，可以理解為無(wú)窮大，因此5v的電壓也全部加在此等效電阻上，Vout=5v。在這兩種情況下，輸出都為高電平，沒(méi)有低電平。

　　(2)如果有上拉電阻(10k)，將5v電源通過(guò)此上拉電阻與與場(chǎng)效應(yīng)管相連。

　　當(dāng)管子導(dǎo)通時(shí)，管子等效一電阻，大小為1k左右，與上拉電阻串聯(lián)，輸出端電壓為加在此等效電阻上的電壓，其大小為Vout = 5v * 管子等效電阻/(上拉電阻+管子等效電阻)=5v * 1/(10+1)=低電平。

　　當(dāng)管子截止時(shí)，管子等效電阻很高，可以理解為無(wú)窮大，其與上拉電阻串聯(lián)，輸出端電壓為加在此等效電阻上的電壓，其大小為Vout = 5v * 管子等效電阻/(上拉電阻+管子等效電阻)=5v*無(wú)窮大/(無(wú)窮大+1)=高電平。

　　在前極輸出高電平時(shí)，Vout輸出電流，U為高電平。有兩種情況：

　　A、當(dāng)I0 >= I1 + I2

　　這種情況下，RL1和RL2兩個(gè)負(fù)載不會(huì)通過(guò)R取電流，因此對(duì)R阻值大小要求不高，通常4.7 KΩ

　　B、當(dāng)I0 < I1 + I2

　　I0 +I= I1 + I2

　　U=VCC-IR

　　U>=VHmin

　　由以上三式計(jì)算得出，R<=(VCC- VHmin)/I

　　其中，I0、I1、I2都是可以從datasheet查到的，I就可以求出來(lái)，VHmin也是可以查到的。

　　當(dāng)前極Vout輸出低電平時(shí)，各管腳均為灌電流，則：

　　I’= I1’ + I2’ +I0’

　　U’ =VCC-I’ R

　　U’ <=VLmax

　　以上三式可以得出：R>=(VCC- VLmax)/I’

　　由以上二式計(jì)算出R的上限值和下限值，從中取一個(gè)較靠近中間狀態(tài)的值即可。注意，如果負(fù)載的個(gè)數(shù)大小不定的話，要按照最壞的情況計(jì)算，上限值要按負(fù)載最多的時(shí)候計(jì)算，下限值要按負(fù)載最少的計(jì)算。

　　另一種選擇方式是基于功耗的考慮。根據(jù)電路實(shí)際應(yīng)用時(shí)，輸出信號(hào)狀態(tài)的頻率或時(shí)間比選擇。若信號(hào)Vout長(zhǎng)期處于低電平，宜選擇下拉電阻;若長(zhǎng)期處于高電平，宜選擇上拉電阻。為的是靜態(tài)電流小。

　　六、灌電流

　　灌電流：灌即充，被動(dòng)輸入電流，是從輸出端口流入吸電流：

　　吸則是主動(dòng)吸入電流，是從輸入端口流入吸電流和灌電流就是從芯片外電路通過(guò)引腳流入芯片內(nèi)的電流，區(qū)別在于吸收電流是主動(dòng)的，從芯片輸入端流入的叫吸收電流。灌入電流是被動(dòng)的，從輸出端流入的叫灌入電流。拉電流是數(shù)字電路輸出高電平給負(fù)載提供的輸出電流，灌電流時(shí)輸出低電平是外部給數(shù)字電路的輸入電流，它們實(shí)際就是輸入、輸出電流能力。

　　吸收電流是對(duì)輸入端(輸入端吸入)而言的;而拉電流(輸出端流出)和灌電流(輸出端被灌入)是相對(duì)輸出端而言的。