上拉电阻/下拉电阻的作用原理

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上拉电阻和下拉电阻在电路设计中的作用，是为了将输入引脚在没有明确信号输入时，保持在稳定的电平状态。要理解它们为什么起作用，我们可以从电路的工作原理、IO引脚特性以及分压电路的概念来分析。

一个容易被忽略的知识点：在断路状态下电路中与地的压差等于‘电源’电压

1. 上拉电阻的作用

上拉电阻连接在输入引脚和电源电压（通常是 Vcc）之间。它的作用是在没有信号驱动时，将引脚拉到高电平。当输入引脚悬空时（没有连接到其他驱动电路），上拉电阻通过电源提供一个稳定的高电平给该引脚。

- **电阻分压的概念：**
  电阻并不会直接向引脚提供电源电压，而是通过分压作用提供一定的电压。如果该引脚是高阻抗状态（如 CMOS 输入），上拉电阻通过较小的电流使得引脚电压接近电源电压。由于电阻和引脚之间没有大的电流流过，这就让电压几乎完全由电源提供给引脚。因此，引脚的电平被拉高。

2. 下拉电阻的作用

下拉电阻连接在输入引脚和地（GND）之间。它的作用是在没有信号驱动时，将引脚拉到低电平。同样地，当输入引脚悬空时，下拉电阻会通过将引脚与地相连来提供一个稳定的低电平。

- **电阻分压的概念：**
  当引脚悬空（高阻抗状态）时，下拉电阻同样通过分压作用将引脚电压拉低，因为引脚没有其他信号源，电流路径会流向地。因此，引脚的电平会被拉到接近 0V（低电平）。

3. 为什么上拉和下拉电阻起作用？

上拉电阻和下拉电阻的作用，实际上是基于电阻和引脚的高阻抗特性。电阻分压理论会在有电流流动时明显，但在引脚为高阻抗状态时，电流非常小，因此电压几乎不会被分掉，从而上拉电阻可以将引脚拉高，而下拉电阻可以将引脚拉低。

4. 分压与作用解释

分压电路的确会根据电阻值进行电压的划分，但在这些电阻上，由于流经的电流很小（高阻抗状态下几乎无电流），电压几乎全部落在上拉电阻或下拉电阻的另一端。因此，IO 口的电压不是被“分压”显著改变，而是直接被“拉”到相应的电压电平。

总结：
- **上拉电阻**：在引脚悬空时，将引脚电平拉至高电平（接近电源电压）。
- **下拉电阻**：在引脚悬空时，将引脚电平拉至低电平（接近地电压）。

上拉和下拉电阻的选择通常是根据实际电路的需求以及电流大小来选定的，以确保稳定的高、低电平状态。