我們都知道單片機(jī)的雙向IO口既能輸入也能做輸出，推挽輸出時(shí)IO口能通過內(nèi)部上下MOS管開關(guān)切換能輸出高低電平，高阻態(tài)輸入時(shí)，IO口內(nèi)部上下MOS管都關(guān)閉，IO口工作在高阻態(tài)的輸入模式下，那么高阻態(tài)是個(gè)什么樣的概念呢？

下圖是常見的IO的內(nèi)部框圖。

當(dāng)IO口處于高阻態(tài)時(shí)，我們也將其稱為浮空輸入狀態(tài)，此時(shí)其電平是不確定的，既不是高電平也不是低電平。我們可以想象成，單片機(jī)在檢測(cè)IO口的電平高低時(shí)，相當(dāng)于在CPU里面有一個(gè)類似電壓表的東西，并且這個(gè)電壓表內(nèi)阻很大，假設(shè)內(nèi)阻為100MΩ（示意圖如下）。在這里，我們可以把這個(gè)電壓表的內(nèi)阻稱為這個(gè)IO口此時(shí)的輸入電阻。

現(xiàn)在設(shè)想，當(dāng)我不小心用手碰到了IO端口，而由于人體本身就是阻值很大的導(dǎo)體，周圍有很多電磁波干擾，手上可能存在一些很微弱的電流，這個(gè)時(shí)候，電壓表的讀數(shù)就會(huì)發(fā)生變化，單片機(jī)讀取的電平高低就會(huì)變。高阻態(tài)表現(xiàn)出來的結(jié)果就是外界很小的干擾，都可能導(dǎo)致讀取的電平變化，甚至即使沒有碰這個(gè)IO口，它每次讀取的結(jié)果也可能不一樣，因?yàn)橥饨绲碾姶挪ǖ瓤赡軙?huì)干擾到IO口。IO口輸入端不使用時(shí)，可通過電阻單獨(dú)連接到 VDD或 VSS。

為什么雙向IO口輸入的時(shí)候要求是高阻態(tài)呢？

我們假設(shè)現(xiàn)在有一種輸入設(shè)備，等效電路如下圖。內(nèi)部開關(guān)上下切換，它就會(huì)輸出高低電平給到單片機(jī)的IO口，IO口通過引腳內(nèi)部電壓表可以檢測(cè)出來輸入的是高電平還是低電平。但是這個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)能力很弱，連LED也驅(qū)動(dòng)不了。設(shè)備里的100kΩ，可以叫做設(shè)備的輸出電阻（同樣也可以近似認(rèn)為是輸出阻抗）。

如果我們采用內(nèi)部上拉的方式做輸入檢測(cè)的話，如下圖，讓這個(gè)設(shè)備輸出低電平，然后連接單片機(jī)的IO口。這時(shí)，5V經(jīng)過IO口內(nèi)部10kΩ上拉電阻到達(dá)IO口，再到裝置內(nèi)部的100kΩ電阻，通過開關(guān)接到GND。根據(jù)分壓原理，IO口上讀到的電壓值大概是4.55V，于是單片機(jī)讀取的是高電平。而事實(shí)上，設(shè)備是想輸出低電平告知單片機(jī)。這里單片機(jī)管腳作為輸入功能，卻干擾了外界裝置的輸出值，相當(dāng)于單片機(jī)的這個(gè)IO口也在輸出。

如果我們將IO口的輸入狀態(tài)設(shè)置為高阻狀態(tài)，且沒有外接上下拉電阻，內(nèi)部的兩個(gè)上下MOS管都是斷開的，對(duì)外部呈現(xiàn)高阻態(tài)。從下圖中可以看出，裝置輸出的電平能被準(zhǔn)確的讀取到單片機(jī)中。之所以能準(zhǔn)確讀取，就是因?yàn)樵O(shè)備輸出電阻比單片機(jī)IO口的輸入電阻要小。有人可能會(huì)說，如果把設(shè)備中的電阻換成1000MΩ，這個(gè)時(shí)候這個(gè)單片機(jī)又不能準(zhǔn)確讀取電平了。但是一般情況下，我們不需要考慮這么極端。如果是理想的高阻態(tài)，其輸入阻抗應(yīng)該是無窮大，而這有點(diǎn)像超導(dǎo)體一樣比較特殊。一般情況下認(rèn)為導(dǎo)線電阻幾乎為0，所以同樣也認(rèn)為高阻態(tài)輸入電阻是無窮大。

總的來說，就是高阻態(tài)情況下，IO口輸入電阻很大，而不容易干擾那些輸出電阻較大、驅(qū)動(dòng)能力弱的裝置輸出到IO口上的電平。

審核編輯：湯梓紅