1.灌电流、拉电流

单片机的引脚，可以用程序来控制输出高、低电平，这些可算是单片机的输出电压。但是程序控制不了单片机的输出电流。单片机的输出电流，很大程度上是取决于引脚上的外接器件。

1.1简介

如下图1所示：单片机输出低电平时，将允许外部器件向单片机灌入电流，这个电流称为“灌电流”，外部负载电路称为“灌电流负载”；

如下图2所示：单片机输出高电平时，则允许外部器件从单片机拉出电流，这个电流称为“拉电流”，外部负载电路称为“拉电流负载”。

1.2驱动能力

从 AT89C51 单片机的 PDF 手册文件中可以看到，稳态输出时，“灌电流”的上限为：

Maximum IOL per port pin: 10 mA;
Maximum IOL per 8-bit port:Port 0: 26 mA,Ports 1, 2, 3: 15 mA;
Maximum total I for all output pins: 71 mA.

这里是说：
每个单个的引脚，输出低电平的时候，允许外部电路，向引脚灌入的最大电流为 10 mA；
每个 8 位的接口（P1、P2 以及 P3），允许向引脚灌入的总电流最大为 15 mA，而 P0 的能力强一些，允许向引脚灌入的最大总电流为 26 mA；
全部的四个接口所允许的灌电流之和，最大为 71 mA。

当这些引脚“输出高电平”的时候，单片机的“拉电流”能力太差了，竟然不到 1 mA。

结论：单片机输出低电平的时候，驱动能力尚可，而输出高电平的时候，就没有输出电流的能力

2.灌电流负载、拉电流负载

        图1中，是灌电流负载。单片机输出低电平时，LED亮；输出高电平的时候，那就什么电流都没有，此时就不产生额外的耗电。

        图2中，是拉电流负载。单片机输出低电平的时候，LED不亮，此时VCC通过R2把电流全部灌进单片机IO口，并且电流是5ma；单片机输出高电平的时候，VCC通过R2将电流注入到LED中，LED 亮。LED 不发光的时候，上拉电阻给的电流全部灌入单片机的引脚了！

         如果在一个 8 位的接口，安装了 8 个 1K 的上拉电阻，当单片机都输出低电平的时候，就有 40mA 的电流灌入这个 8 位的接口！如果四个 8 位接口，都加上 1K 的上拉电阻，最大有可能出现 32 × 5 = 160mA 的电流，都流入到单片机中！这个数值已经超过了单片机手册上给出的上限。此时单片机就会出现工作不稳定的现象。而且这些电流，都是在负载处于无效的状态下出现的，它们都是完全没有用处的电流，只是产生发热、耗电大、电池消耗快...等后果。

综上所述，灌电流负载，是合理的；而“拉电流负载”和“上拉电阻”会产生很大的无效电流，并且功耗大

3.上拉电阻

          上拉电阻为拉电流负载提供电流。对于 LED，如果加大电阻，将使电流过小，发光暗淡，就失去发光二极管的作用了。在图2中，假如单片机输出的高电平是3V，此时R2两端的电压差为5V-3V=2V。经过R2的电流为I=2V/1K=2ma,这一部分电流将全部流入LED。如果加大电阻，上拉电阻提供的电流将会减小。上拉电阻的大小一般选择在1K-10K之间就行。

4.综述

设计单片机的负载电路，应该采用“灌电流负载”的电路形式，以避免无谓的电流消耗。