什么是电阻器？
电阻器是限流装置，已广泛用于电子电路和产品中。它是一种无源组件，当电流流过时会提供电阻。有许多不同类型的电阻器。电阻的单位为欧姆，符号为Ω。
什么是上拉和下拉电阻，为什么我们需要它们？
如果考虑数字电路，则引脚始终为0或1。在某些情况下，我们需要将状态从0更改为1或从1更改为0。在两种情况下，我们都需要将数字引脚保持为0然后将状态更改为1，或者我们需要将其保持为0，然后更改为1。在两种情况下，我们都需要将数字引脚设为“高”或“低”，但不能使其悬空。
因此，在每种情况下，状态都会更改，如下所示。
现在，如果我们用实际电压值替换高和低值，那么高将为逻辑电平高（假设为5V），而低将为接地或0v。
上拉电阻用于使数字引脚的默认状态为高电平或为逻辑电平（在上图中为5V），而下拉电阻的作用恰好相反，它使数字引脚的默认状态为引脚为低电平（0V）。
但是为什么我们需要这些电阻，却可以将数字逻辑引脚直接连接到逻辑电平电压或接地，如下图所示？
好吧，我们不能这样做。由于数字电路在低电流下工作，因此将逻辑引脚直接连接到电源电压或接地不是一个好的选择。由于直接连接最终会像短路一样增加电流流动，并可能损坏灵敏的逻辑电路，因此不建议这样做。为了控制电流，我们需要那些下拉电阻或上拉电阻。上拉电阻器允许受控电流从电源电压源流向数字输入引脚，在那里下拉电阻器可以有效地控制从数字引脚到地的电流。同时，两个电阻，下拉电阻和上拉电阻均保持数字状态为低或高。
在何处以及如何使用上拉和下拉电阻
通过参考上面的微控制器映像，其中数字逻辑引脚与地和VCC短路，我们可以使用上拉和下拉电阻来改变连接。
假设我们需要一个默认的逻辑状态，并且想通过一些交互作用或外部外围设备来改变状态，我们使用一个上拉或下拉电阻。
上拉电阻
如果我们需要默认的高电平状态，并希望通过一些外部交互将状态更改为低电平，则可以使用上拉电阻，如下图所示：
使用开关SW1可以将数字逻辑输入引脚P0.5从逻辑1或高电平切换到逻辑0或低电平。该电阻R1是作为上拉电阻。它与来自5V电源的逻辑电压相连。因此，当不按下开关时，逻辑输入引脚的默认电压始终为5V，或者在按下开关并将引脚短路接地之前，该引脚始终为高电平，从而使其逻辑低电平。
但是，正如我们所说的那样，该引脚不能直接接地或Vcc短路，因为这最终会由于短路条件而使电路损坏，但是在这种情况下，使用闭合开关又会使其接地短路。但是，仔细看，它实际上并没有短路。因为根据欧姆定律，由于上拉电阻，少量电流会从电源流到电阻器和开关，然后流到地面。
如果不使用该上拉电阻，则当按下开关时，输出将直接短路到地，另一方面，当开关断开时，逻辑电平引脚将浮空，并可能导致一些不良后果。结果。
下拉电阻
下拉电阻器也是如此。考虑下面的连接，其中下拉电阻与连接一起显示-
在上图中，正在发生完全相反的事情。该下拉电阻R1，其与地面或0V连接。因此，将数字逻辑电平引脚P0.3设为默认值0，直到按下开关且逻辑电平引脚变为高电平为止。在这种情况下，使用闭合的开关和下拉电阻，少量电流会从5V电源流到地面，从而防止逻辑电平引脚与5V电源短路。
因此，对于各种逻辑电平电路，我们可以使用上拉和下拉电阻。它最常见于各种嵌入式硬件，单线协议系统，微芯片中的外围连接，Raspberry Pi，Arduino和各种嵌入式部门以及CMOS和TTL输入。
计算上拉和下拉电阻的实际值
现在，我们知道如何使用上拉和下拉电阻，问题是这些电阻的值是多少？尽管在许多数字逻辑电平电路中，我们可以看到上拉或下拉电阻的范围为2k至4.7k。但是实际值是多少？
要了解这一点，我们需要知道什么是逻辑电压？多少电压被称为逻辑低，多少电压被称为逻辑高？
对于各种逻辑级别，各种微控制器为逻辑高和逻辑低使用不同的范围。
如果考虑晶体管-晶体管逻辑（TTL）电平输入，下图将显示确定逻辑高电平的最小逻辑电压和检测逻辑为0或低电平的最大逻辑电压。
如我们所见，对于TTL逻辑，逻辑0的最大电压为0.8V。因此，如果我们提供小于0.8V的电压，则逻辑电平将被接受为0。另一方面，如果我们提供大于2V的电压至最大5.25V，则逻辑将被接受为High。但是在0.8V至2V的电压下，它是一个空白区域，在该电压下，不能保证逻辑将被接受为高电平或低电平。因此，为了安全起见，在TTL架构中，我们接受0V至0.8V为低电压，接受2V至5V为高电压，这保证了逻辑芯片在该临界电压下可以识别出低电压和高电压。
要确定该值，公式是简单的欧姆定律。根据欧姆定律，公式为
V = I x R R = V / I
在上拉电阻的情况下，V将是电源电压-接受为最低的最低电压。
电流将是逻辑引脚吸收的最大电流。
所以，
R上拉=（V电源– V H（min））/ I下沉
其中V supply是电源电压，V H（min）是作为High的最小可接受电压，而I sink 是数字引脚吸收的最大电流。
下拉电阻器同样适用。但是公式略有变化。
R上拉=（V L（max） – 0）/ I源
其中（V L（max） 最大电压被接受为逻辑低电平，而I source 是数字引脚提供的最大电流。
实际例子
假设我们有一个逻辑电路，其中电源为3.3V，可接受的逻辑高电压为3V，并且我们可以吸收最大30uA的电流，那么我们可以使用如下公式选择上拉电阻：
现在，如果我们考虑上述相同的示例，其中电路接受1V作为最大逻辑低压，并且可以提供高达200uA的电流，那么下拉电阻将为：
有关上拉和下拉电阻的更多信息
除了增加上拉或下拉电阻外，现代微控制器还支持微控制器单元内部数字I / O引脚的内部上拉电阻。尽管在大多数情况下它是弱上拉电路，但这意味着电流非常低。
通常，我们需要上拉2个或3个以上的数字输入输出引脚，在这种情况下，将使用电阻网络。易于集成并提供更少的引脚数。
它称为电阻器网络或SIP电阻器。
这是电阻网络的符号。引脚1与电阻器引脚相连，该引脚需要在VCC上连接以进行上拉，或在接地时进行下拉。通过使用该SIP电阻器，可以省去单个电阻器，从而减少了元件数量和电路板空间。它具有各种值，从几欧姆到几千欧姆不等。