單片機的引腳，可以用程序來控製，輸出高、低電平，這些可算是單片機的輸出電壓。

但是，程序控製不了單片機的輸出電流。　單片機的輸出電流，很大程度上是取決(jue) 於(yu) 引腳上的外接器件。

單片機輸出低電平時，將允許外部器件，向單片機引腳內(nei) 灌入電流，這個(ge) 電流，稱為(wei) “灌電流”，外部電路稱為(wei) “灌電流負載”;

單片機輸出高電平時，則允許外部器件，從(cong) 單片機的引腳，拉出電流，這個(ge) 電流，稱為(wei) “拉電流”，外部電路稱為(wei) “拉電流負載”。

這些電流一般是多少?最大限度是多少?　這就是常見的單片機輸出驅動能力的問題。

早期的 51 係列單片機的帶負載能力，是很小的，僅(jin) 僅(jin) 用“能帶動多少個(ge) TTL 輸入端”來說明的。

P1、P2 和 P3口，每個(ge) 引腳可以都帶動 3 個(ge) TTL 輸入端，隻有 P0 口的能力強，它可以帶動 8 個(ge) !

分析一下 TTL 的輸入特性，就可以發現，51 單片機基本上就沒有什麽(me) 驅動能力。

它的引腳，甚至不能帶動當時的 LED 進行正常發光。

記得是在 AT89C51 單片機流行起來之後，做而論道才發現：單片機引腳的能力大為(wei) 增強，可以直接帶動 LED 發光了。

看看下圖，圖中的 D1、D2 就可以不經其它驅動器件，直接由單片機的引腳控製發光顯示。

雖然引腳已經可以直接驅動 LED 發光，但是且慢，先別太高興(xing) ，還是看看 AT89C51 單片機引腳的輸出能力吧。

從(cong) AT89C51 單片機的 PDF 手冊(ce) 文件中可以看到，穩態輸出時，“灌電流”的上限為(wei) ：

Maximum IOL per port pin: 10 mA;

Maximum IOL per 8-bit port:Port 0: 26 mA,Ports 1, 2, 3: 15 mA;

Maximum total I for all output pins: 71 mA.

這裏是說：

每個(ge) 單個(ge) 的引腳，輸出低電平的時候，允許外部電路，向引腳灌入的最大電流為(wei) 10 mA;

每個(ge) 8 位的接口(P1、P2 以及 P3)，允許向引腳灌入的總電流最大為(wei) 15 mA，而 P0 的能力強一些，允許向引腳灌入的最大總電流為(wei) 26 mA;

全部的四個(ge) 接口所允許的灌電流之和，最大為(wei) 71 mA。

而當這些引腳“輸出高電平”的時候，單片機的“拉電流”能力呢?　可以說是太差了，竟然不到 1 mA。

結論就是：單片機輸出低電平的時候，驅動能力尚可，而輸出高電平的時候，就沒有輸出電流的能力。

這個(ge) 結論是依照手冊(ce) 中給出的數據做出來的。

51 單片機的這些特性，是源於(yu) 引腳的內(nei) 部結構，引腳內(nei) 部結構圖這裏就不畫了，很多書(shu) 中都有。

在芯片的內(nei) 部，引腳和地之間，有個(ge) 三極管，所以引腳具有下拉的能力，輸出低電平的時候，允許灌入 10mA 的電流;而引腳和正電源之間，有個(ge) 幾百K的“內(nei) 部上拉電阻”，所以，引腳在高電平的時候，能夠輸出的拉電流很小。特別是 P0 口，其內(nei) 部根本就沒有上拉電阻，所以 P0 口根本就沒有高電平輸出電流的能力。

再看看上麵的電路圖：

圖中的 D1，是接在正電源和引腳之間的，這就屬於(yu) 灌電流負載，D1 在單片機輸出低電平的時候發光。這個(ge) 發光的電流，可以用電阻控製在 10 mA 之內(nei) 。

圖中的 D2，是接在引腳和地之間的，這屬於(yu) 拉電流負載，D2 應該在單片機輸出高電平的時候發光。但是單片機此時幾乎沒有輸出能力，必須采用外接“上拉電阻”的方法來提供 D2 所需的電流。

哦，明白了，外接電路如果是“拉電流負載”，要求單片機輸出高電平時發揮作用，那就必須用“上拉電阻”來協助，產(chan) 生負載所需的電流。

下麵做而論道就專(zhuan) 門說說上拉電阻存在的問題。

從(cong) 上麵的圖中可以看到，D2 發光，是由上拉電阻 R2 提供的電流，D2 導通發光的電壓約為(wei) 2V，那麽(me) 發光的電流就是：(5 - 2) / 1K，約為(wei) 3mA。

而當單片機輸出低電平(0V)，D2 不發光的時候，R2 這個(ge) 上拉電阻閑著了嗎? 沒有!它兩(liang) 端的電壓，比 LED 發光的時候還高，現在是 5V 了，其中的電流，是 5mA !

注意到了嗎?　LED 不發光的時候，上拉電阻給出了更大的電流!並且，這個(ge) 大於(yu) 正常發光的電流，全部灌入單片機的引腳了!

如果在一個(ge) 8 位的接口，安裝了 8 個(ge) 1K 的上拉電阻，當單片機都輸出低電平的時候，就有 40mA 的電流灌入這個(ge) 8 位的接口!

如果四個(ge) 8 位接口，都加上 1K 的上拉電阻，最大有可能出現 32 × 5 = 160mA 的電流，都流入到單片機中!

這個(ge) 數值已經超過了單片機手冊(ce) 上給出的上限。如果此時單片機工作不穩定，就是理所當然的了。

而且這些電流，都是在負載處於(yu) 無效的狀態下出現的，它們(men) 都是完全沒有用處的電流，隻是產(chan) 生發熱、耗電大、電池消耗快...等後果。

嗬嗬，特別是現在，都在提倡節能減排，低碳...。

那麽(me) ，把上拉電阻加大些，可以嗎?

回答是：不行的，因為(wei) 需要它為(wei) 拉電流負載提供電流。對於(yu) LED，如果加大電阻，將使電流過小，發光暗淡，就失去發光二極管的作用了。

對於(yu) D1，是灌電流負載，單片機輸出低電平的時候，R1、D1 通路上會(hui) 有灌電流;輸出高電平的時候，那就什麽(me) 電流都沒有，此時就不產(chan) 生額外的耗電。

綜上所述，灌電流負載，是合理的;而“拉電流負載”和“上拉電阻”會(hui) 產(chan) 生很大的無效電流，這種電路不合理。

有些網友對上拉電阻情有獨鍾，有用沒用的，都想在引腳上安裝個(ge) 上拉電阻，甚至還能說出些理由：穩定性啦、速度啦...。

其實，“上拉電阻”和“拉電流負載”電路，是會(hui) 對單片機係統造成不良後果的。

做而論道看過很多關(guan) 於(yu) 單片機引腳以及上拉電阻方麵的書(shu) 籍、參考資料，基本上它們(men) 對於(yu) 使用上拉電阻的弊病都沒有進行仔細的討論。

在此，做而論道鄭重向大家提出建議：設計單片機的負載電路，應該采用“灌電流負載”的電路形式，以避免無謂的電流消耗。

上拉電阻，僅(jin) 僅(jin) 是在 P0 口才考慮加不加的問題：當用 P0 口做為(wei) 輸入口的時候，需要加上、當用 P0 口輸出高電平驅動 MOS 型負載的時候，也需要加上，其它的時候，P0 口也不用加入上拉電阻。

在其它接口(P1、P2 和 P3)，都不應該加上拉電阻，特別是輸出低電平有效的時候，外接器件就有上拉的作用。