单片机IO内阻

一、前言

这个STM32单片机测试电路板，在前两天进行了输出IO口的冒烟测试。在对地和对电源短路的情况下，它的输出最大电流大约为 40mA。之后为了更好的利用它输出信号，下面对它的IO输出端口特性进行测试。查看一下具体它输出端口对外的阻抗特性。下面准备利用一个可编程的电阻箱，QR10，来对单片机IO口输出电流电压进行测试。来查看输出特性是否与一个线性电阻等同。在什么电流范围内可以近似为一个线性电阻。

▲ 图1.1.1 测试STM32单片机电路

二、测量结果

先通过程序，将单片机的PB7端口设置为输出高电平。测量该端口，可以看到它的电压为 3.3V 左右。下面将QR10电阻箱连接在 PB7端口和地线。分别测量不同电阻下输出端口的电压。

通过编程，改变QR10的电阻从 50欧姆变化到5000欧姆，测量每个阻值下电阻箱的电压，实际上也是单片机IO口输出电压。可以看到 在电阻变化到 1kΩ时，输出电压已经达到了3.2V。下面重新测量 QR10 从 20欧姆变化到 1000欧姆对应的输出电压。随着电阻增加，输出电压升高。使用电压除以电阻，可以得到输出电压与电流之间的关系曲线。在 输出电流 30mA 之前，输出电压近似线性下降，由这两个电压对应的变化电流可以计算出 IO 端口近似输出电阻为 22.2欧姆。这里绘制了不同输出电流下对应的输出等效串联电阻。在30mA 之前，电阻在 25欧姆左右。当输出电流超过40mA，输出电阻变急剧上升了。

▲ 图1.2.1 负载电阻从50变化到5k对应的输出端口电压

▲ 图1.2.2 输出电阻从20欧姆变化到1000欧姆对应的输出电压

▲ 图1.2.3 输出电流与输出电压

▲ 图1.2.4 不同输出电流对应的输出电阻

下面测试一下单片机输出低电平对应的内阻。将PB7置为低电平，QR10连接工作电源 3.3V 和PB7，测试不同电阻下，对应的电阻箱上的电压。可以看到与前面测量高电平数据曲线很接近。绘制在一起，两个测试结果基本重合。这也说明 STM32 IO 端口 在高电平和低电平下，对应的内阻特性也基本一致。

▲ 图1.2.5 输出低电平对应的负载电压曲线

▲ 图1.2.6 高电平与低电平对应的负载电压曲线

※总 结 ※

本文利用电阻箱测试了 STM32 输出 IO特性。在输出电流小于 30mA 下，输出端口可以等效串联一个 25欧姆左右的电阻。当输出电流超过30mA 之后，输出电压变会急剧下降了。