ATMEGA8单片机IO口的输入输出内阻的测量方法

　　1背景

　　在电子小帮手威廉希尔官方网站 中电源开关威廉希尔官方网站 分析中介绍测量模块威廉希尔官方网站 实验原理的时候，对于ATmega系列的单片机的输出端口进行了内部描述。特别是对于端口做为IO输出口的时候，它可以等效为通过电阻19Ω和22Ω分别上拉到VCC，或者下拉的GND。

　　

　　ATMEGA单片机IO口等效威廉希尔官方网站

　　那么就会出现一个新的问题，对于ATmega单片机，这个IO口的内阻究竟有多大呢？

　　通过实验来确定单片机输出IO口的实际电阻阻值，这为将来使用单片机进行测量工作提供数据基础。

　　利用在ATMEGA8DIP-28面包板实验中可以下载程序的实验方式，对于ATmega8单片机搭建在面包板上的测试芯片。通过实验来测量对应的IO端口在作为输出端时相对于GND，VCC的电阻阻抗。

　　2测量方案

　　1.测量端口电阻

　　测量电阻阻抗的方式可以通过以下三种方式来进行：

　　通过V-A方法检测，也就是通过测量IO口输入、输出电流一项相对应的IO口电压的变化，来获得端口的等效串联电阻。使用万用表直接测量；使用手持LCR表来测。

　　2.测量过程

　　通过软件编程，使得单片机的PB4，PB3，PB2，PB1分别处于输出高电平，和输出低电平的情况，然后按照上面三种方法来测量对于端口的内部等效阻抗。

　　

　　ATMEGA8DIP-28封装

　　3测量数据

　　1.使用V-A方法测量IO内阻

　　（1）IO低电平内阻

　　

　　测量威廉希尔官方网站 图示意图

　　使用在低价电阻箱-阻值测试中的9999Ω电阻箱，分别改变IO端口的输出负载，记录不同电阻下输出端口的电压，进而可以进行获得内部电阻。

　　低价电阻箱-阻值测试：

　　https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/17112157

　　Current（mA）3.6891.951.3761.787.8895.7549.6557.5795.5191

　　Voltage（V）.86651.55485.41959.34435.29279.25946.23526.21161.19959

　　

　　端口电流与电压

　　通过线性拟合，可以建立输入电流（i，单位mA）与端口电压之间的线性关系。

　　通过上述线性方程，可以得到端口的输入电阻为：

　　（2）IO高电平内阻

　　测量不同输出电流下输出电压的变化。

　　Current（mA）3.661.89771.37391.77.888.7535.6545.5784.5182

　　Voltage（V）.77972.541.3825.3165.26657.2349.2116.19415.1824

　　

　　端口电压与电流

　　对上述电压电流线性拟合：

　　由此可以得到单片机高电平下输出内阻大约为：

　　通过实际测量，可以看到ATmega的IO口在输出状态下，内阻分别是26.15Ω（低电平）以及23.56Ω（高电平）。

　　2.使用万用表测量IO内阻

　　使用DM368数字万用表，直接测量ATmega的输出低电平的IO对GND之间的电阻：

　　测量ATmega8输出高电平的IO对VCC（+5V）之间的直流电阻：

　　注意：由于存在输出静态电压，不能够测量输出高电平的IO对GND之间的电阻，或者输出低电平IO对VCC之间的电阻。

　　3.使用LCR表测量IO内阻

　　为了避免单片机端口的静态电压对于LCR表的测量影响，使用1uF的电解电容进行隔直之后，然后在使用SmartTweezers进行测量相应端口的内阻。

　　

　　使用隔直电容之后测量端口的内阻

　　低电平IO内阻：

　　高电平IO内阻：

　　结论

　　单片机的IO如果作为输出端口，它可以等效一个内部穿有内阻的电压源。由于它内部是通过MOS管完成IO端口与VCC，GND的相连，所以内阻实际上是这些MOS管导通内阻。

　　通过对ATmega8单片机端口的内阻测量，可以看到这些内阻的大小在2欧姆到3欧姆之间。这与它的数据手册上相关的数值基本上是在同一数量级之内。

　　上文中使用了三种方法测量单片机IO口的内阻，它们的取值基本相似。因此上，在未来实际上应用中，可以根据具体情况来选择相应的测量方式。
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