上拉电阻和下拉电阻

原创于 2025-08-04 14:00:00 发布 · 2.2k 阅读

59 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#单片机 #嵌入式硬件 #esp32 #物联网

单片机专栏收录该内容

20 篇文章

订阅专栏

本人是初学者，在看正点原子的KEY实验（基于esp32s3）时，里面有涉及到了上拉电阻及下拉电阻的概念，还是做个小结吧。

咱们先总结一下，加强理解，后面再附上原文档对比。

想象一下ESP32的一个引脚（比如GPIO13），它像一个小开关，可以检测电压是高（接近3.3V）还是低（接近0V）。但是，如果这个引脚什么都不接（悬空），它就不知道自己是高还是低，会变得非常“敏感”，容易受到周围电磁干扰的影响，导致状态乱跳（高-低-高-低...）。这就像一根断线的风筝在天上乱飘，你不知道它要飞向哪里。

上拉电阻和下拉电阻就是用来给这个“风筝”拴根“线”的！ 它们的作用就是在引脚没有外部信号输入时，给它一个明确的、稳定的默认电平（高或低），避免它“悬空”乱跳。

1. 上拉电阻 (Pull-Up Resistor)

作用： 像一根很轻的“皮筋”，把引脚轻轻地“拉”向电源（3.3V），让它默认保持高电平（HIGH）。
工作原理：
- 当引脚什么都不接时：皮筋起作用，引脚稳稳地是高电平（3.3V）。
- 当你想把引脚拉低（比如接一个按钮到地）：你需要用点力（按下按钮）克服皮筋的拉力，把引脚拉到地（0V），它就变成低电平（LOW）。
适用场景： 最常见！比如按钮开关。按钮一端接ESP32引脚，另一端接地（GND）。平时按钮没按（悬空），我们希望引脚是高电平；按下按钮时，引脚接地，变成低电平。
优势： ESP32内部自带这个“小皮筋”（上拉电阻）！你不需要额外焊一个物理电阻在电路板上，用代码就能打开它。

2. 下拉电阻 (Pull-Down Resistor)

作用： 像一个小小的“重物”，把引脚轻轻地“拉”向地（GND），让它默认保持低电平（LOW）。
工作原理：
- 当引脚什么都不接时：重物起作用，引脚稳稳地是低电平（0V）。
- 当你想把引脚拉高（比如接一个按钮到3.3V）：你需要提供电压（按下按钮）克服重物的拉力，把引脚拉到电源（3.3V），它就变成高电平（HIGH）。
适用场景： 比如某些传感器输出高电平有效信号。平时传感器没信号（悬空），我们希望引脚是低电平；传感器有信号时输出高电平。
优势： 同样，ESP32内部也自带这个“小重物”（下拉电阻）！代码就能打开。

简单比喻

悬空引脚： 断线的风筝，乱飘（电平不确定）。
上拉电阻： 给风筝拴一根很轻的皮筋，轻轻拉向天空（默认HIGH）。
下拉电阻： 给风筝拴一根很轻的绳子，轻轻拉向地面（默认LOW）。
按按钮（接GND）： 相当于用力把风筝扯下来（拉到LOW）。
按按钮（接3.3V）： 相当于用力把风筝吹上去（拉到HIGH）。

代码示例（使用内部上拉电阻 - 按钮）

假设你有一个按钮：

按钮一脚接ESP32的GPIO13引脚。
按钮另一脚接GND（地）。
注意： 我们没有在按钮和3.3V之间接任何物理电阻！全靠ESP32内部的上拉电阻。

const int buttonPin = 13; // 按钮接在GPIO13

void setup() {
  Serial.begin(115200);       // 打开串口监视器，方便查看结果
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); // 关键！设置引脚为输入模式，并启用内部上拉电阻
}

void loop() {
  int buttonState = digitalRead(buttonPin); // 读取引脚状态

  // 重要：因为启用了上拉，且按钮接地...
  // 没按按钮时：引脚被上拉电阻拉到HIGH (3.3V)
  // 按下按钮时：引脚被按钮直接拉到GND (0V)，变成LOW
  if (buttonState == LOW) {   // 如果检测到低电平，说明按钮被按下了！
    Serial.println("Button Pressed!");
  } else {
    Serial.println("Button Released");
  }

  delay(100); // 稍微延迟一下，避免串口打印太快看不清
}

代码解释

pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);：
- 第二个参数INPUT_PULLUP：设置引脚模式为输入(INPUT)，并且启用该引脚内部的上拉电阻(PULLUP)。这就是ESP32的魔法所在，省掉了外部电阻！
- 第一个参数buttonPin：指定要设置的引脚（这里是GPIO13）。
- pinMode函数用于设置引脚的工作模式。
if (buttonState == LOW) { ... } else { ... }：
- if (buttonState == LOW)：如果状态是LOW（低电平），说明什么？说明按钮被按下了！ 因为按下按钮把GPIO13直接连到了GND(0V)，强制把它从内部上拉电阻维持的HIGH状态拉到了LOW。
- 判断读取到的引脚状态。
- delay(100);：
  - 让程序暂停100毫秒（0.1秒）。
  - 作用：避免loop()循环运行太快，导致串口监视器瞬间刷屏太快你看不清结果。这个延迟对按钮检测的基本功能不是必须的，但在这里让输出更友好。实际应用中可能需要处理按钮消抖，但这里简化了。

核心要点回顾

悬空引脚是坏蛋： 会导致电平乱跳，信号不可靠。
上拉下拉是帮手： 给悬空引脚一个稳定可靠的默认状态（HIGH或LOW）。
ESP32自带帮手： 大部分GPIO引脚都有内部的上拉(INPUT_PULLUP)和下拉(INPUT_PULLDOWN)电阻，用pinMode就能激活，省掉外部电阻，非常方便！
按钮接法逻辑：
- 用上拉(INPUT_PULLUP)时：按钮通常一端接引脚，另一端接GND。按下=引脚变LOW。
- 用下拉(INPUT_PULLDOWN)时：按钮通常一端接引脚，另一端接3.3V。按下=引脚变HIGH。代码中把INPUT_PULLUP换成INPUT_PULLDOWN即可。
代码关键： pinMode(pin, INPUT_PULLUP); 或 pinMode(pin, INPUT_PULLDOWN); 是启用内部电阻的核心语句。