电子产品开发细节之 MCU未使用I/O端口的处理

实际的应用系统中，由于考虑未来的功能扩展或其它原因，经常会有未使用的 I/O。如何处理这些 I/O，关系应用系统的消耗电流甚至系统可靠性。因此，正确处理未使用的 I/O 端口，对于基于MCU的控制系统，是非常必要的。

对于双向的 I/O 端口，通常 MCU 的手册会推荐以下两种处理方法：
方法一：将端口设置为输出，并保持开路（ open);
方法二：将端口设置为输入，并通过上拉电阻和电源连接；

对于方法二，之所以通过上拉电阻和电源连接，其目的是为了将输入端口固定到高电平，以避免管脚悬空时可能在管脚上出现中间电压，从而避免贯通电流的发生。

那么，其中的上拉电阻是否可以省略呢？如果单纯从固定管脚到高电平这个作用看，似乎是可以省略的。但是，从系统的安全可靠性角度，这个上拉电阻是不可以省略的。究其原因，需要从 I/O 端口的内部组成来探讨。I/O 端口内部电路的简化示意图，如下图右侧图所示：

当端口通过方向寄存器设置为输入时，端口的N管和P管都处于截止状态，通过上拉电阻将端口的管脚固定到高电平。通常情况下，执行初始化程序设定方向寄存器后，方向寄存器中的数据不会改变。但是，如果工作环境种存在强噪声，那么方向寄存器中的数据有可能会被意外地篡改。
如果端口的方向因电噪声从输入变更为输出，而且此时端口数据缓冲器中的数据恰好时0，那么端口的N管导通，电流经上拉电阻和N管流入参考地，如图中蓝色的虚线所示。所以，如果省略了这个上拉电阻，会产生大电流，增加系统功耗，甚至造成端口的损坏。

如果有多个未使用端口，为了节约成本，是否可以如下图所示，共用同一个上拉电阻呢？

从逻辑功能看，这样的处理可以保证每个端口的高电平。但是，这种处理方法存在潜在的风险。

如前文所述，当工作环境中存在强噪声时，方向寄存器可能会被意外篡改。如果共用上拉电阻的两个端口都被意外篡改为输出端口，并且恰好一个端口的数据缓冲器数据 = 1， 另外一个端口的数据缓冲器数据 = 0，那么会有从一个端口的P管流经另外一个端口N管的大电流产生，可能会造成端口的损坏。

因此，不推荐多个端口共用同一个上拉电阻的处理方法。安全的处理方法是，每个端口通过单独的上拉电阻连接到电源，如下图所示。