代码收藏家 上拉电阻和下拉电阻在硬件中的作用解析
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一、前言
在电路设计时经常看到上拉或下拉电阻的概念，本文主要对其概念做一个简单介绍。上拉（pull up）或下拉（pull down）电阻（统称为拉电阻），最基本的作用是将状态不确定的信号通过一个电阻将其稳定在高电平或低电平，无论具体用法如何，其基本用法是相同的，在不同场合中对电阻阻值要求不同。
二、分类及使用场景
拉电阻可以分为4种：输入上拉，输入下拉，输出上拉，输出下拉。当拉电阻用于输入信号引脚时，需要使用上拉电阻还是下拉电阻，取决于电路系统本身的需要。
1. 输入时的上拉电阻和下拉电阻
1.1 使用上拉的场景
例如低有效复位输入信号，希望上电复位后处于无效状态，因此可以增加一个上拉电阻。
1.2 使用下拉的场景
例如高电平有效使能控制电机的输入控制信号，我们希望上电后默认处于低电平状态，避免受到其他噪声干扰而误触发为高电平，导致电机出现不期望的转动，因此可以增加一个下拉电阻。
很多单片机都会集成上拉或下拉电阻，用户可根据需要选择是否打开。
1.3 详细描述
当单片机处于数字输入模式，由于输入是不确定的信号，实际输入的值可能在0或1跳变，如果不做处理，输入信号会不确定。如果加上下拉电阻，采集到的值一直是1。
下图是单片机内部结构，阻抗过大导致输入电压飘忽不定。
三极管的部分阻抗非常大，家的下拉电阻相对很小，分压很小，接近0V，钳位在低电平。
1.4 可以输入高电平
虽然直接接地也可以达到同样的效果，但是无法输入高电平。
即使加上5v电压，输入电压依然为0v。
2. 输出时的上拉电阻和下拉电阻
2.1 输出时的上拉电阻
输出时上拉电阻作用除了稳定输出信号，还具有提升驱动能力的作用。
2.1.1 提升驱动能力
单片机输出高电平时输出电压是5v。
给输出接一个100欧的电阻，输出电压变为3.8v。
此时接一个100欧的上拉电阻，输出电压变为了4.2v，提升了电路的驱动能力。
输出高电平5v时的电流方向如下图，上部MOS管导通，下部电阻无穷大，测量电压实际为电源电压。
接上外部电阻之后的等效电路如下，电源内阻及MOS阻抗共同组成内部电阻，按照电阻分压原理，可知输出为3.8v。
加上上拉电阻之后，上拉电阻跟内部电阻是并联关系，并联之后总电阻减小，根据分压原理，上面电阻小了，下面就能分到更多的电压，这个时候输出电压变高为4.2v，提高了驱动能力。
所谓上拉电阻增强驱动能力，最本质上就是让上拉电阻与单片机里面的内阻并联，使上部电阻变小，输出电压变大。
2.1.2 上拉电阻可以将不确定的信号稳定在高电平
当引脚处于开漏输出时，上面的MOS是断开的，相当于接一个无穷大的电阻；当需要输出高电平时，则需要把下面的MOS也截止，相当于接两个无穷大的电阻，这两个电阻又相当于断开，所以输出是不确定的。
加上一个10k的上拉电阻之后，与上面无穷大的电阻并联之后大小也约为10k，与下面无穷大的电阻串联分压，5v几乎都加在了下面电阻上，就能输出高电平了。其根本的原因还是并联降低阻抗。
2.2 输出时的下拉电阻
～未完待续～
三、总结
下拉电阻的意义不仅仅是把电压稳定在低电平，单片机输入值有高有低，而不仅仅是低电平一种状态。在默认状态，下拉电阻可以让输入稳定在0v，当输入5v时，下拉电阻又可以把信号稳定在高电平，实现信号在高低电平之间转换。
