下拉电阻

为了理解电气工程，我偶然发现了本教程：

http://www.ladyada.net/learn/arduino/lesson5.html

在开始切换之前，我已经了解了这些图。我不确定在面包板或图表上开关的工作方式。这是我正在考虑的特定电阻（这是下拉电阻）：

实现是：

根据该图，我认为正在发生的事情是：电源接通了开关，如果按钮向上，则电路未完成。如果按下按钮，则电流会流向引脚2的电阻最小，因为它具有更大的拉力（100ohm <10kohm）。

教程中描述的方式听起来像是当按钮按下时，电路仍然完整，但是10k欧姆的电阻器将电源拉到了地面。我不敢肯定，如果10k ohm和100ohm都受到相同的电流，那么该电流如何或为什么通过比2号引脚开路的电阻高的电阻接地。

首先，暂时不要使用100电阻。按钮的工作不是必需的，它只是一种保护，以防万一您编程失误。

• 如果按下按钮，P2将直接连接到+5 V，因此将被视为高电平，为“ 1”。
• 如果松开按钮，则+5 V不再计数，端口和地面之间只有10kΩ。

当用作输入时，微控制器的I / O引脚为高阻抗，这意味着仅流过很小的泄漏电流，通常小于1 µA，根据数据手册，这将是最大值。好，让我们说这是1 µA。然后，根据欧姆定律，这将导致1μA的电压降为10kΩ= 10毫伏跨电阻器。因此，输入将为0.01V。这是低电平或“ 0”。典型的5 V微控制器将看到任何低于1.5 V的低电平。 $\times$

现在是100电阻。如果您不小心使该引脚输出并将其设置为低电平，则按下按钮将导致短路：微控制器在该引脚上设置0 V，而在同一引脚上设置开关+5V。微控制器不喜欢这样，可能会损坏IC。在这种情况下，100Ω电阻应将电流限制为50 mA。（这仍然太多了，一个1kΩ的电阻会更好。）

由于不会有电流流入输入引脚（除了低泄漏），电阻两端几乎不会有任何电压降。

10kΩ是上拉或下拉的典型值。较低的值将为您提供更低的电压降，但是10 mV或1 mV的差别不大。但是还有其他事情：如果按下按钮，电阻两端的电压为5 V，那么将流过5 V / 10kΩ= 500 µA的电流。这足够低，不会引起任何问题，而且您也不会长时间按下按钮。但是您可以将开关替换为一个开关，该开关可能会关闭很长时间。然后，如果您选择了一个1kΩ的下拉电阻，则只要开关闭合即可通过电阻产生5 mA的电流，这有点浪费。10kΩ是一个好值。

请注意，您可以将其倒置以获得上拉电阻，并在按下按钮时切换到接地。

这将颠倒您的逻辑：按下按钮将为您提供“ 0”而不是“ 1”，但工作原理是相同的：按下按钮将使输入为0 V，如果松开按钮，则电阻器将连接输入到+5 V电平（压降可忽略不计）。

这是通常的方式，微控制器制造商也考虑到了这一点：大多数微控制器都具有内部上拉电阻，您可以在软件中激活或停用它。如果使用内部上拉电阻，则只需将按钮接地即可。（某些微控制器也具有可配置的下拉菜单，但这种情况不那么常见。）

请注意，交换机不是看上设备需要电源，并创建一些输出信号-相反，认为它是一个线，你只是添加或按下按钮从电路中移除。

如果断开开关（未按下），则唯一可能的电流路径是P2通过两个电阻器接地。因此，微控制器将读取LOW。

如果已连接开关（按下）：

• 电流从电源流经开关

• 一些电流通过100欧姆电阻流向P2。微控制器将读取高电平。

• 少量电流将流过10 Kohm电阻器接地。这基本上是浪费功率。

请注意，只有100欧姆电阻器可以限制流入的最大电流P2。它通常不包含在这样的电路中，因为微控制器的P2输入已经是高阻抗，并且不会吸收太多电流。但是，如果您的软件有错误或逻辑错误导致尝试将其P2用作输出，则包括100 ohm电阻很有用。在这种情况下，如果微控制器试图将其驱动为P2低电平但开关短路并将其连接至高电平，则可能会损坏微控制器引脚。为了安全起见，在这种情况下，100欧姆电阻会限制最大电流。

当您按下按钮时，会将逻辑高电平（+5 V）置于输入上。但是，如果省略电阻器并释放按钮，则输入引脚将处于悬空状态，这在HCMOS中表示未定义电平。那是您不想要的，因此您可以使用电阻将输入下拉至地。需要电阻器，因为否则按此按钮会引起短路。

输入为高阻抗，这意味着几乎没有电流流过该输入。通过电阻的零电流意味着电阻两端的电压为零（欧姆定律），因此一侧的0 V在输入引脚上也将为0 V（或非常接近）。

这是连接按钮的一种方法，但是您也可以交换电阻器和按钮，以便电阻器变为+5 V，并且按钮接地。逻辑相反：按下按钮将在输入引脚上提供低电平。但是，通常这样做是因为大多数微控制器都内置了上拉电阻，因此您只需要按钮，便可以省略外部电阻。请注意，您可能必须启用内部上拉功能。

另请参阅此答案。

10kohm电阻器称为下拉电阻器，因为当“绿色”节点（连接100ohm和10kohm电阻器）未通过开关连接至+ 5V时，该节点被拉至接地（假设通过该分支的电流小） ，显然）。当开关闭合时，该节点的电位为+ 5V。

这用于控制逻辑IC（“与”门，“或”门等）的输入，因为如果这些电路的输入上没有确定的值（0或1的值），它们的行为将不稳定。如果将逻辑门的输入悬空，则无法可靠地确定输出，因此建议始终将确定的输入（再次为0或1）应用于门的输入。在这种情况下，P2将是特定逻辑门的输入，并且当开关断开时，其输入值为0（GND）。当开关闭合时，其输入值为1（+ 5V）。

电流走电阻最小的路径

我不确定这种普遍的误解是从哪里来的，但确实是错误的，因为它直接与欧姆定律相矛盾。电流流经所有可能的路径，与它们的电阻成反比。如果将5V电压施加到10k电阻，则无论提供多少替代路径（低电阻或其他），都会有0.5mA电流流过。

顺便提及，通过100 Ohm电阻器的路径不一定是“最小电阻”，因为该电阻器未接地。通常，您可以将该电阻连接到阻抗> 10 MOhm的MCU输入，从而有效地使10k电阻成为电阻最小的路径。

需要下拉电阻的原因是微控制器是CMOS器件，因此输入引脚最终是MOSFET的栅极。

如果您的按钮控制灯泡，LED或继电器，则不需要下拉电阻，因为开路会“断开”。释放按钮时，灯泡将关闭，因为没有电流流过。

如果您的设备像原始的7400系列逻辑芯片那样是真正的TTL部件，则不需要下拉电阻，因为这些输入将是双极晶体管，并且当释放按钮时，将没有电流流过基极-发射极结，并且输入将是“关闭”。

相反，微控制器的输入是MOSFET栅极，其作用类似于电容器。当栅极电压足够高时，输入为“ on”。当您按下按钮并且电流通过100R电阻流入微控制器时，就会发生这种情况。栅极像电容器一样（非常快速地）充电，并且输入变为“ on”。现在，松开按钮会发生什么？不再有电流流过。但这对输入意味着什么？如果没有下拉电阻，则栅极上的电荷无处可去。电压将仅位于5V附近，并且输入仍将“打开”。下拉电阻消耗栅极电荷，因此其电压降至“导通”电平以下。那就是您要确保数字输入被认为是“关”的。

您可以通过在输入引脚上钩两个按钮来进行试验。将1V绑到5V，然后将1绑到地。按下5V按钮时，输入将打开。当您松开它时，它将一直保持到您按下连接到GND的那一为止。