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? 01 背景
在 電子小幫手電路中電源開關(guān)電路分析 中介紹測量模塊電路實驗原理的時候，對于 ATmega 系列的 單片機的輸出端口進行了內(nèi)部描述 。特別是對于端口做為 IO 輸出口的時候，它可以等效為通過電阻 19Ω和 22Ω分別上拉到 VCC，或者下拉的 GND。
- 電子小幫手電路中電源開關(guān)電路分析:
https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/109242259
- 單片機的輸出端口進行了內(nèi)部描述:
https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/109238622
▲ ATMEGA 單片機 IO 口等效電路
那么就會出現(xiàn)一個新的問題，對于 ATmega 單片機，這個 IO 口的內(nèi)阻究竟有多大呢？
通過實驗來確定單片機輸出 IO 口的實際電阻阻值，這為將來使用單片機進行測量工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
利用在 ATMEGA8 DIP-28 面包板實驗 中可以下載程序的實驗方式，對于 ATmega8 單片機搭建在面包板上的測試芯片。通過實驗來測量對應(yīng)的 IO 端口在作為輸出端時相對于 GND，VCC 的電阻阻抗。
- ATMEGA8 DIP-28 面包板實驗:
https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/109245968
? 02 測量方案
1. 測量端口電阻
測量電阻阻抗的方式可以通過以下三種方式來進行：
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2. 測量過程
通過軟件編程，使得單片機的 PB4,PB3,PB2,PB1 分別處于輸出高電平，和輸出低電平的情況，然后按照上面三種方法來測量對于端口的內(nèi)部等效阻抗。
▲ ATMEGA8 DIP-28 封裝
? 03 測量數(shù)據(jù)
1. 使用 V-A 方法測量 IO 內(nèi)阻
(1) IO 低電平內(nèi)阻
▲ 測量電路圖示意圖
使用在 低價電阻箱 - 阻值測試 中的 9999Ω電阻箱，分別改變 IO 端口的輸出負載，記錄不同電阻下輸出端口的電壓，進而可以進行獲得內(nèi)部電阻。
- 低價電阻箱 - 阻值測試:
https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/107112157
| Current(mA) | 3.068900 | 1.900500 | 1.376000 | 1.078700 | 0.889500 | 0.754900 | 0.655700 | 0.579500 | 0.519100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Voltage(V) | 0.086651 | 0.055485 | 0.041959 | 0.034435 | 0.029279 | 0.025946 | 0.023526 | 0.021161 | 0.019959 |
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▲ 端口電流與電壓
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通過線性擬合，可以建立輸入電流（i，單位 mA）與端口電壓之間的線性關(guān)系。
通過上述線性方程，可以得到端口的輸入電阻為：
(2) IO 高電平內(nèi)阻
測量不同輸出電流下輸出電壓的變化。
| Current(mA) | 3.066000 | 1.897700 | 1.373900 | 1.077000 | 0.888000 | 0.753500 | 0.654500 | 0.578400 | 0.518200 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Voltage(V) | 0.077972 | 0.050410 | 0.038025 | 0.031065 | 0.026657 | 0.023490 | 0.021160 | 0.019415 | 0.018024 |
?
▲ 端口電壓與電流
對上述電壓電流線性擬合：
由此可以得到單片機高電平下輸出內(nèi)阻大約為：
通過實際測量，可以看到 ATmega 的 IO 口在輸出狀態(tài)下，內(nèi)阻分別是 26.15Ω（低電平）以及 23.56Ω（高電平）。
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2. 使用萬用表測量 IO 內(nèi)阻
使用 DM3068 數(shù)字萬用表，直接測量 ATmega 的輸出低電平的 IO 對 GND 之間的電阻：
測量 ATmega8 輸出高電平的 IO 對 VCC（+5V）之間的直流電阻：
注意：由于存在輸出靜態(tài)電壓，不能夠測量輸出高電平的 IO 對 GND 之間的電阻，或者輸出低電平 IO 對 VCC 之間的電阻。
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3. 使用 LCR 表測量 IO 內(nèi)阻
為了避免單片機端口的靜態(tài)電壓對于 LCR 表的測量影響，使用 100uF 的電解電容進行隔直之后，然后在使用 Smart Tweezers 進行測量相應(yīng)端口的內(nèi)阻。
▲ 使用隔直電容之后測量端口的內(nèi)阻
低電平 IO 內(nèi)阻：
高電平 IO 內(nèi)阻：
? ※ 結(jié)論
單片機的 IO 如果作為輸出端口，它可以等效一個內(nèi)部穿有內(nèi)阻的電壓源。由于它內(nèi)部是通過 MOS 管完成 IO 端口與 VCC,GND 的相連，所以內(nèi)阻實際上是這些 MOS 管導(dǎo)通內(nèi)阻。
通過對 ATmega8 單片機端口的內(nèi)阻測量，可以看到這些內(nèi)阻的大小在 20 歐姆到 30 歐姆之間。這與它的數(shù)據(jù)手冊上相關(guān)的數(shù)值基本上是在同一數(shù)量級之內(nèi)。
上文中使用了三種方法測量單片機 IO 口的內(nèi)阻，它們的取值基本相似。因此上，在未來實際上應(yīng)用中，可以根據(jù)具體情況來選擇相應(yīng)的測量方式。
