逻辑电祥和上拉电阻

1  逻辑电平

  数字电路中，并没有数学意义上的 1 和 0，只有不同的电压值。

  通常定义不同的电压值范围，来表示“逻辑 1” 和 “逻辑 0”， 如下所示：

2  上拉电阻

2.1  定义

  实际电路中，尤其是在单片机和一些数字逻辑器件中，常用上拉电阻来连接开关或按钮，表示输入的逻辑状态(1 或 0)。

  如下图， 按钮打开 -> 输入为“高电平“ (“1”)； 按钮关闭 -> 输入为“低电平“(“0”)

  当按钮按下时，假如没有上拉电阻，则 GND 会直接和 V_CC 连接，造成短路，这也从反面证明了上拉电阻存在的必要性。

2.2  条件

  上拉电阻的值需要满足以下两个条件：

  1)  按钮关闭时，R1 控制 V_CC -> GND 的电流值，因此 R1的数值不能太小 (太小则电流过大，无意义的功耗增多)

  2)  按钮打开时，R1 控制输入管脚处的电压为“高电平”，因此 R1 的数值也不能过大 (太大则加在R2上的电压过小，导致无法判断输入是“1”还是“0”)

  考虑上面两个条件取 R1/R2 ≈ 1/10，而单片机输入管脚处的输入电阻通常为100KΩ ~ 1MΩ，因此，上拉电阻的值一般为10KΩ

3  阻值计算

例:  假定 V_CC = 5 V, 要求按下按钮时限定电流为 1mA 左右，求 R1 的数值。

  根据欧姆定律知:

      R1 = Vcc / I_R = 5V / 1mA = 5 KΩ

  另外需要注意的是，上拉电阻值越大，则当输入电压高低切换时，管脚的响应速度也越慢。

参考资料：

  <Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits >  chapter 5

  https://learn.sparkfun.com/tutorials/pull-up-resistors/introduction