介绍
上拉电阻在使用微控制器（MCU）或任何数字逻辑器件时都非常常见。 本教程将说明在我们在什么情况下使用上拉电阻，然后我们将做一个简单的计算，来说明为什么上拉电阻是重要的。
什么是上拉电阻
假设您有一个微控制器，其中一个引脚配置为输入。 如果没有东西任何连接到该引脚，并且您的程序读取该引脚的状态，那么它是高（拉到VCC）还是低（拉到地）呢？ 这很难说。 我们将这种现象称为浮动。 为了防止这种未知状态，上拉或下拉电阻将确保引脚处于高或低状态，同时通过少量电流。
为了简单起见，我们将着重讲上拉电阻，因为它比下拉电阻更常见。 它们使用相同的概念操作，但是上拉电阻连接到高电平上（这通常是3.3V或5V，通常被称为VCC），而下拉电阻连接到地。
上拉电阻通常与按钮和开关一起使用。
如图使用上拉电阻，当按钮未按下时，输入引脚将读取高电平状态。 换句话说，在VCC和输入引脚（不接地）之间流过少量电流，因此输入引脚读数接近VCC。 当按下按钮时，它将输入引脚直接连接到地。 电流流过电阻到地，因此输入引脚读取低电平状态。 记住，如果电阻不在那里，你的按钮将VCC直接连接到地，造成短路，那就糟糕了。
那么我们应该如何选择电阻值呢？
答案很简单，我们需要一个10kΩ的上拉电阻。
阻值低电阻被称为强上拉电阻（流过的电流较多），阻值高的电阻被称为弱上拉电阻（流过的电流较少）。
上拉电阻阻值的选择需要满足两个条件：
1.当按下按钮时，输入引脚被拉低。 电阻R1的值控制从VCC流向地的电流。
2．当未按下按钮时，输入引脚被拉高。 上拉电阻的值控制输入引脚上的电压。
对于条件1而言，电阻的值不能太低。 电阻越低，按钮按下时消耗的功率就越多。 你通常需要一个大的电阻值（10kΩ）。但是太大也不合适，这会与条件2冲突，如果一个4MΩ的电阻作为上拉电阻，如此大的电阻会使得输入引脚的电压太低。
为了满足条件2，我们一般使用比输入引脚的输入阻抗（R2）小一个数量级（1/10）的上拉电阻（R1）。微控制器上的输入引脚的阻抗一般是100k-1MΩ。所谓的输入阻抗，即图中的R2。因此，当按钮未被按下时，非常少量的电流从VCC流过R1并进入输入引脚。上拉电阻R1和输入引脚阻抗R2对电压进行分压，R2的电压需要足够高从而使输入引脚读取高电平状态。
举个例子，如果使用1MΩ电阻作为上拉电阻R1，输入引脚的阻抗R2为1MΩ（形成分压器），输入引脚的电压将为VCC的一半左右，微控制器可能不会将引脚注册为处于高电平状态。在5V系统上，如果电压为2.5V，微控制器在输入引脚上读取的是什么？是高还是低？微控制器无法判断。 所以10k-100kΩ的上拉电阻可以避免大多数问题。
由于上拉电阻是如此常见，所以许多微控制器，如Arduino平台上的ATmega328微控制器，具有可以使能和禁止的内部上拉电阻。 要在Arduino上启用内部上拉电阻，可以在setup（）函数中输入以下代码行：
pinMode(5, INPUT_PULLUP); // Enable internal pull-up resistor on pin 5
另一个要指出的是，上拉电阻越大，引脚响应电压变化的速度越慢。 这是因为，馈送输入引脚的系统本质上是与上拉电阻耦合的电容，从而形成RC滤波器，而RC滤波器需要一些时间来充电和放电。 如果你有一个真正快速变化的信号（如USB），高值上拉电阻可以限制引脚，从而 限制改变状态的速度。 这就是为什么你会经常看到USB信号线上1k到4.7KΩ的电阻。
所有这些因素都决定了上拉电阻的阻值。
计算上拉电阻阻值
假设您想在上述电路中，使得按下按钮时，电流限制为约1mA，其中Vcc = 5V。 你应该选择阻值为多少的电阻？
很显然应该使用欧姆定律计算上拉电阻：
根据上面的示意图，欧姆定律现在应变形为：
将方程再次变形并带入数值，求解电阻：
记住在计算前将所有单位转换为伏特，安培和欧姆（例如1mA = 0.001安培）。 最后解答可知，应当选择5kΩ的上拉电阻电阻。
现在你应该知道什么是上拉电阻以及它是如何工作的了吧。
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本文由翻译美国开源硬件厂商Sparkfun（火花快乐）的相关教程翻译，原始教程采用同样的CC BY-SA 4.0协议，为便于理解和方便读者学习使用，部分内容为适应国内使用场景稍有删改或整合，这些行为都是协议允许并鼓励的。
原始文章及相关素材链接：
https://learn.sparkfun.com/tutorials/pull-up-resistors
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