Podciągnij i pociągnij rezystor

Co to jest rezystor?

Rezystory są urządzeniami ograniczającymi prąd, które są szeroko stosowane w obwodach elektronicznych i produktach. Jest to element pasywny, który zapewnia opór przy przepływie prądu. Istnieje wiele różnych typów rezystorów. Rezystancja mierzona jest w omach ze znakiem Ω.

Co to jest rezystor pull-up i pull-down i dlaczego ich potrzebujemy?

Jeśli weźmiemy pod uwagę obwód cyfrowy, szpilki zawsze mają wartość 0 lub 1. W niektórych przypadkach musimy zmienić stan z 0 na 1 lub z 1 na 0. W każdym przypadku musimy trzymać pin cyfrowy jako 0 a następnie zmień stan na 1 lub musimy utrzymać go na 0, a następnie zmienić na 1. W obu przypadkach musimy ustawić pin cyfrowy jako „ wysoki ” lub „ niski ”, ale nie można go pozostawić pływającym.

Tak więc w każdym przypadku stan zostanie zmieniony, jak pokazano poniżej.

Teraz, jeśli zastąpimy wartość High i Low rzeczywistą wartością napięcia, wtedy High będzie poziomem logicznym HIGH (powiedzmy 5V), a Low będzie masą lub 0v.

Rezystor pull-up jest używany do stanu domyślnego sworznia cyfrowego jako wysoki lub do poziomu logicznego (na powyższym zdjęciu to jest 5V) i rezystor pull-down jest dokładnie odwrotnie, to sprawia, że domyślny stan cyfrowy pin jako niski (0 V).

Ale dlaczego potrzebujemy tych rezystorów zamiast tego moglibyśmy podłączyć cyfrowe piny logiczne bezpośrednio do napięcia poziomu logiki lub z masą, jak na poniższym obrazku?

Cóż, nie mogliśmy tego zrobić. Ponieważ obwód cyfrowy pracuje przy niskim prądzie, podłączenie pinów logiki bezpośrednio do napięcia zasilania lub masy nie jest dobrym wyborem. Ponieważ bezpośrednie połączenie ostatecznie zwiększa przepływ prądu, podobnie jak zwarcie i może uszkodzić wrażliwy obwód logiczny, co nie jest zalecane. Aby kontrolować przepływ prądu, potrzebujemy tych rezystorów obniżających lub podciągających. Rezystor podciągający umożliwia kontrolowany przepływ prądu ze źródła napięcia zasilania do cyfrowych pinów wejściowych, gdzie rezystory obniżające mogłyby skutecznie kontrolować przepływ prądu z pinów cyfrowych do masy. W tym samym czasie oba rezystory, pull-down i pull-up utrzymują stan cyfrowy albo Low, albo High.

Gdzie i jak używać rezystorów pull-up i pull-down

Odwołując się do powyższego obrazu mikrokontrolera, gdzie cyfrowe piny logiczne są zwarte z masą i VCC, mogliśmy zmienić połączenie za pomocą rezystorów pull-up i pull-down.

Załóżmy, że potrzebujemy domyślnego stanu logicznego i chcemy go zmienić przez jakąś interakcję lub zewnętrzne urządzenia peryferyjne, używamy rezystorów pull-up lub pull-down.

Rezystory podciągające

Jeśli domyślnie potrzebujemy stanu wysokiego i chcemy zmienić stan na Niski przez jakąś zewnętrzną interakcję, możemy użyć rezystora podciągającego, jak na obrazku poniżej-

Cyfrowy styk wejścia logicznego P0.5 można przełączać z logiki 1 lub stanu wysokiego na logiczny 0 lub niski za pomocą przełącznika SW1. Rezystor R1 jest działając jako rezystor pull-up. Jest połączony z logicznym napięciem ze źródła zasilania 5V. Tak więc, gdy przełącznik nie jest naciskany, logiczny pin wejściowy ma zawsze domyślne napięcie 5 V lub pin jest zawsze wysoki, dopóki przełącznik nie zostanie naciśnięty, a pin jest zwarty do masy, co powoduje, że jest logicznie niski.

Jednak, jak stwierdziliśmy, pin nie może być bezpośrednio zwarty do masy lub Vcc, ponieważ ostatecznie spowoduje to uszkodzenie obwodu z powodu stanu zwarcia, ale w tym przypadku ponownie zostaje zwarty do masy za pomocą zamkniętego przełącznika. Ale spójrz uważnie, w rzeczywistości nie jest to zwarcie. Ponieważ zgodnie z prawem omów, ze względu na rezystancję podciągającą, niewielka ilość prądu będzie płynąć ze źródła do rezystorów i wyłącznika, a następnie dotrze do masy.

Jeśli nie użyjemy tego rezystora podciągającego, wyjście zostanie bezpośrednio zwarte do masy podczas naciskania przełącznika, z drugiej strony, gdy przełącznik będzie otwarty, pin poziomu logicznego będzie pływający i może powodować pewne niepożądane wynik.

Rezystor obniżający

To samo dotyczy rezystora pull-down. Rozważ poniższe połączenie, na którym pokazano rezystor obniżający z połączeniem:

Na powyższym obrazku dzieje się dokładnie odwrotnie. Rezystor podciągany R1, który jest połączony z podłożem i 0V. W ten sposób cyfrowy pin poziomu logicznego P0.3 jest domyślnie ustawiony na 0, dopóki przełącznik nie zostanie naciśnięty, a pin poziomu logicznego stanie się wysoki. W takim przypadku niewielka ilość prądu przepływa ze źródła 5 V do ziemi za pomocą zwartego przełącznika i rezystora pull-down, zapobiegając w ten sposób zwarciu pinu poziomu logicznego ze źródłem 5 V.

Tak więc dla różnych obwodów poziomu logiki możemy użyć rezystorów pull-up i pull-down. Najczęściej występuje w różnych urządzeniach wbudowanych, systemie protokołów jednoprzewodowych, połączeniach peryferyjnych w mikroczipie, Raspberry Pi, Arduino i różnych sektorach wbudowanych, a także w wejściach CMOS i TTL.

Obliczanie rzeczywistych wartości rezystorów pull-up i pull-down

Teraz, skoro wiemy, jak używać rezystora pull-up i pull-down, pytanie brzmi, jaka będzie wartość tych rezystorów? Chociaż w wielu cyfrowych obwodach logicznych możemy zobaczyć rezystory pull-up lub pull-down w zakresie od 2k do 4,7k. Ale jaka będzie rzeczywista wartość?

Aby to zrozumieć, musimy wiedzieć, jakie jest napięcie logiczne? Ile napięcia jest określane jako logiczne niskie, a ile jako wysokie?

Dla różnych poziomów logicznych, różne mikrokontrolery używają różnych zakresów dla wysokiego i niskiego poziomu logicznego.

Jeśli weźmiemy pod uwagę wejście poziomu tranzystora-tranzystora (TTL), poniższy wykres pokaże minimalne napięcie logiczne dla określenia wysokiego poziomu logiki i maksymalne napięcie logiczne dla wykrycia logiki jako 0 lub niskie.

Jak widać, dla logiki TTL maksymalne napięcie dla logiki 0 wynosi 0,8V. Tak więc, jeśli podamy mniej niż 0,8 V, poziom logiki zostanie przyjęty jako 0. Z drugiej strony, jeśli podamy więcej niż 2 V do maksymalnego 5,25 V, logika zostanie zaakceptowana jako wysoka. Ale przy 0,8 V do 2 V jest to pusty obszar, przy tym napięciu nie można zagwarantować, że logika zostanie zaakceptowana jako wysoka lub niska. Tak więc, ze względów bezpieczeństwa, w architekturze TTL akceptujemy od 0 V do 0,8 V jako niskie i 2 V do 5 V jako wysokie, co gwarantuje, że układy logiczne rozpoznają niskie i wysokie wartości przy tym krańcowym napięciu.

Aby określić wartość, formuła jest prostym prawem Ohma. Zgodnie z prawem Ohma wzór jest następujący

V = I x R R = V / I

W przypadku rezystora pull-up napięciem źródła będzie V - minimalne napięcie przyjęte jako wysokie.

A prąd będzie maksymalnym prądem zatopionym przez piny logiczne.

Więc, R _pull-up = (V _zasilanie - V _{H (min)}) / I _opadanie

Gdzie _zasilanie V jest napięciem zasilania, V _{H (min)} jest minimalnym akceptowanym napięciem jako Wysokie, a I _zlew jest maksymalnym prądem pobieranym przez pin cyfrowy.

To samo dotyczy rezystora pull-down. Ale formuła ma niewielką zmianę.

R _pull-up = (V _{L (max)} - 0) / I _źródło

Gdzie (V _{L (max)} maksymalne napięcie jest akceptowane jako logiczne niskie, a _źródło I to maksymalny prąd dostarczany przez pin cyfrowy.

Praktyczny przykład

Załóżmy, że mamy obwód logiczny, w którym źródło zasilania wynosi 3,3 V, a dopuszczalne wysokie napięcie logiczne wynosi 3 V, a prąd może wynosić maksymalnie 30uA, a następnie możemy wybrać rezystor podciągający, korzystając ze wzoru w ten sposób:

Teraz, jeśli weźmiemy pod uwagę ten sam przykład podany powyżej, w którym obwód przyjmuje 1 V jako maksymalne logiczne niskie napięcie i może dostarczać do 200uA prądu, wówczas rezystor obniżający będzie,

Więcej informacji o rezystorach pull-up i pull-down

Oprócz dodania rezystora pull-up lub pull-down, współczesny mikrokontroler obsługuje wewnętrzne rezystory podciągające dla cyfrowych pinów I / O, które znajdują się wewnątrz mikrokontrolera. Chociaż w maksymalnych przypadkach jest to słabe podciąganie, oznacza to, że prąd jest bardzo mały.

Często potrzebujemy podciągnąć więcej niż 2 lub 3 cyfrowe piny wejścia-wyjścia, w takim przypadku używana jest sieć rezystorów. Jest łatwy do zintegrowania i zapewnia niższą liczbę pinów.

Nazywa się to siecią rezystorów lub rezystorami SIP.

To jest symbol sieci rezystorów. Pin 1 jest połączony z pinami rezystora, ten pin musi być podłączony do VCC dla pull-up lub do ziemi dla celów pull-down. Dzięki zastosowaniu tego rezystora SIP poszczególne rezystory są eliminowane, zmniejszając w ten sposób liczbę elementów i przestrzeń na płycie. Jest dostępny w różnych wartościach, od kilku omów do kiloomów.