浅析单片机IO引脚外接上下拉电阻的作用

爱玩单片机的亲们通常都会常见IO引脚接上拉电阻或下拉电阻的现象，如图一中RP11、RP12、RP13、RP14均为上拉电阻，图二中R18为下拉电阻。

图一

图二

什么是上下拉电阻，作用是什么呢？通俗来讲，上拉电阻是单片机IO引脚与电源VCC间连接的电阻，下拉电阻为单片机IO引脚与GND间连接的电阻。

因为单片机内部不外乎是各类逻辑门电路的集成，而逻辑门电路由晶体管组成，单片机IC引脚在单片机内部有输入回路与输出回路，输入回路可等效为“图三”及“图四”，其中Rup与Rdown均为外接上拉与下拉电阻，PXX为单片机某IO引脚。而输出回路工作模式有推挽式输出与集电极（漏极）浮空输出模式，以后者为例，输出回路可等效为“图五”，其中Rup为外接上拉电阻，PXX为单片机某IO引脚。

图三

图四

图五

从“图三”、“图四”中可以看到，当IO引脚外接上拉电阻时，引脚默认电压为高电平，当IO引脚外接下拉电阻时，引脚默认电压为低电平，这样就可以消除引脚不定状态的影响。

而从“图五”中可看到，若不外接上拉电阻，IO引脚处于高阻态，若单片机内部晶体管Ｑｉｎｎｅｒ截止，处于静默状态时，受内外电路影响，可能输出高电平，也可能输出低电平，存在不稳定因素，而此时上拉电阻Rup的作用便是在此期间，将其稳定在高电平，需要其输出低电平时，由程序控制，使晶体管Ｑｉｎｎｅｒ导通输出低电平，所以外接上下拉电阻非常重要的一个作用便是让种种不稳定状态期间，使IO引脚电平强制保持为高电平或低电平。所以我们常常在单片机上电这个极不稳定的状态之后，单片机大部分ＩＯ口默认为高电平。

单片机IO口不够用？用74HC595这个芯片搭建电路就可以了

半导体工艺的发展，已经让集成电路的规模越来越大

高集成度芯片

这也促使单片机的价格越来越低,应用越来越广泛

功能强大的单片机

在单片机应用中，常遇到单片机IO口不够用的情况

这个时候就需要一款芯片来扩展IO口了，它就是——74HC595

芯片74HC595

芯片74HC595

芯片74HC595简介

74HC595是一个8位串行输入，并行输出的位移缓存器，管脚图如下所示

74CH595管脚图

(1). 1~7&15脚(Q0~Q7):并行数据输出脚，分别对应并行数据的8位

(2). 8脚(GND)：电源负极

(3). 9脚（SQH）：串行输出端，SCK的每一个脉冲，Q7当前数据移出

(4). 10脚（SCLR）：寄存器清除端，此脚电平为低电平时，清除移位寄存器的数据

(5). 11脚（SCK）：移位寄存器的时钟输入脚，在上升沿时，数据被移位

(6). 12脚（RCK）：输出控制引脚，输入上升沿时，Q0~Q7就输出移位寄存器的数据

(7). 13脚（CE）：并行输出控制引脚，此引脚为高电平时,Q0~Q7输出为高阻态，低电平时输出为数据

(8). 14脚（SI）：串行数据输入脚，输入的串行数据必须在11脚（SCK ）为低电平时改变才能正确输入数据

(9). 16脚（VCC）：电压正极，最大输入电压5.5V

74HC595逻辑表

典型应用电路

74HC595最多需要5个IO口来控制，既SCLR，SCK，RCK，CE，SI

5个单片机IO口电路

其中SCLR 可以直接接到高电平，使用软件清零（即SCK 多送8个脉冲把数据挤出去）

若不需要高阻态模式，CE 可直接接到低电平，这样就仅需3个单片机IO口就可以扩展多个IO口

3个单片机IO口电路

如果需要扩展多个IO口，只需把上一个74HC595的SQH接到下一个74HC595的SI即可，SCK和RCK时钟共用

3个IO口扩展多个IO口电路

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