ATMEGA8單片機IO口的輸入輸出內阻的測量方法

1背景

在電子小幫手電路中電源開關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。

ATMEGA單片機IO口等效電路

那么就會出現一個新的問題，對于ATmega單片機，這個IO口的內阻究竟有多大呢？

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據基礎。

利用在ATMEGA8DIP-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的IO端口在作為輸出端時相對于GND，VCC的電阻阻抗。

2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：

通過V-A方法檢測，也就是通過測量IO口輸入、輸出電流一項相對應的IO口電壓的變化，來獲得端口的等效串聯電阻。使用萬用表直接測量；使用手持LCR表來測。

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部等效阻抗。

ATMEGA8DIP-28封裝

3測量數據

1.使用V-A方法測量IO內阻

（1）IO低電平內阻

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部電阻。

低價電阻箱-阻值測試：

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

端口電流與電壓

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高電平內阻

測量不同輸出電流下輸出電壓的變化。

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阻大約為：

通過實際測量，可以看到ATmega的IO口在輸出狀態下，內阻分別是26.15Ω（低電平）以及23.56Ω（高電平）。

2.使用萬用表測量IO內阻

使用DM368數字萬用表，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。

3.使用LCR表測量IO內阻

為了避免單片機端口的靜態電壓對于LCR表的測量影響，使用1uF的電解電容進行隔直之后，然后在使用SmartTweezers進行測量相應端口的內阻。

使用隔直電容之后測量端口的內阻

低電平IO內阻：

高電平IO內阻：

結論

單片機的IO如果作為輸出端口，它可以等效一個內部穿有內阻的電壓源。由于它內部是通過MOS管完成IO端口與VCC，GND的相連，所以內阻實際上是這些MOS管導通內阻。

通過對ATmega8單片機端口的內阻測量，可以看到這些內阻的大小在2歐姆到3歐姆之間。這與它的數據手冊上相關的數值基本上是在同一數量級之內。

上文中使用了三種方法測量單片機IO口的內阻，它們的取值基本相似。因此上，在未來實際上應用中，可以根據具體情況來選擇相應的測量方式。
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