Pavelciet un nolieciet rezistoru

Kas ir rezistors?

Rezistori ir strāvas ierobežošanas ierīces, un tos plaši izmanto elektronikas ķēdēs un izstrādājumos. Tā ir pasīva sastāvdaļa, kas nodrošina pretestību, strāvai plūstot caur to. Ir daudz dažādu veidu rezistoru. Pretestību mēra omos ar Ω zīmi.

Kas ir Pull-up un Pull-Down Resistor un kāpēc mums tie ir vajadzīgi?

Ja ņemam vērā digitālo shēmu, tapas vienmēr ir vai nu 0, vai 1. Dažos gadījumos mums ir jāmaina stāvoklis no 0 līdz 1 vai no 1 līdz 0. Jebkurā gadījumā mums ir jātur digitālā tapa vai nu 0 un pēc tam mainiet stāvokli uz 1, vai arī mums tas jātur 0 un pēc tam jāmaina uz 1. Abos gadījumos mums digitālā tapa ir jāpadara vai nu “ augsta ”, vai “ zema ”, taču to nevar atstāt peldošu.

Tātad katrā gadījumā stāvoklis tiek mainīts, kā parādīts zemāk.

Tagad, ja mēs aizstāsim augsto un zemo vērtību ar faktisko sprieguma vērtību, tad augstais būs loģiskais līmenis HIGH (pieņemsim, ka 5V) un zems būs zeme vai 0v.

Pull-up rezistoru tiek izmantota, lai padarītu noklusējuma stāvokli ciparu pin kā augstu vai uz loģikas līmenim (iepriekš attēlu, tas ir 5V) un nolaižamām rezistoru tas tieši pretēji, tas padara noklusējuma stāvokli ciparu tapa kā zema (0V).

Bet kāpēc mums vajadzīgi šie rezistori, tā vietā mēs digitālās loģikas tapas varētu savienot tieši ar loģikas līmeņa spriegumu vai ar zemi, piemēram, zemāk redzamo attēlu?

Nu, mēs to nevarējām izdarīt. Tā kā digitālā shēma darbojas zemā strāvā, loģisko tapu pievienošana tieši barošanas spriegumam vai zemei ​​nav laba izvēle. Tā kā tiešais savienojums galu galā palielina strāvas plūsmu tāpat kā īssavienojums un var sabojāt jutīgo loģisko ķēdi, kas nav ieteicams. Lai kontrolētu pašreizējo plūsmu, mums ir vajadzīgi tie nolaižamie vai uzvelkamie rezistori. Pavelkamais rezistors ļauj kontrolēt strāvas plūsmu no barošanas sprieguma avota uz ciparu ieejas tapām, kur nolaižamie rezistori varētu efektīvi kontrolēt strāvas plūsmu no digitālajām tapām uz zemi. Tajā pašā laikā abi rezistori, nolaižamie un pievilkamie rezistori uztur digitālo stāvokli vai nu zemu, vai augstu.

Kur un kā lietot Pull-up un Pull-down rezistorus

Atsaucoties uz iepriekšminēto mikrokontrollera attēlu, kur digitālās loģikas tapas ir saīsinātas ar zemi un VCC, mēs varētu mainīt savienojumu, izmantojot pievilkšanas un nolaišanas rezistorus.

Pieņemsim, ka mums ir nepieciešams noklusējuma loģiskais stāvoklis un mēs vēlamies mainīt stāvokli, izmantojot kādu mijiedarbību vai ārējas perifērijas ierīces, mēs izmantojam pievilkšanas vai nolaišanas rezistorus.

Pavelkamie rezistori

Ja mums pēc noklusējuma ir nepieciešams augsts stāvoklis un mēs vēlamies mainīt stāvokli uz Zema, veicot kādu ārēju mijiedarbību, mēs varam izmantot Pull-up rezistoru, piemēram, zemāk redzamo attēlu.

Izmantojot slēdzi SW1, digitālās loģikas ievades tapu P0.5 var pārslēgt no loģikas 1 vai Augstas uz loģiku 0 vai Zema. R1 pretestība ir darbojas kā pull-up rezistoru. Tas ir savienots ar loģisko spriegumu no 5V barošanas avota. Tātad, kad slēdzis netiek nospiests, loģiskās ievades tapai vienmēr ir noklusējuma spriegums 5 V vai tapa vienmēr ir augsta, līdz slēdzis tiek nospiests un tapai ir īssavienojums ar zemi, padarot to loģisku zemu.

Tomēr, tā kā mēs paziņojām, ka tapu nevar tieši saīsināt uz zemes vai Vcc, jo tas galu galā padarīs ķēdi bojātu īssavienojuma stāvokļa dēļ, taču šajā gadījumā tas atkal tiek saīsināts līdz zemei, izmantojot slēgto slēdzi. Bet, uzmanīgi paskatieties, tas patiesībā netiek saīsināts. Tā kā saskaņā ar omu likumu pievilkšanas pretestības dēļ neliels strāvas daudzums no avota plūst uz rezistoriem un slēdzi un pēc tam nonāk zemē.

Ja mēs neizmantosim šo pievilkšanas rezistoru, tad, nospiežot slēdzi, izeja tiks tieši saīsināta ar zemi, no otras puses, kad slēdzis būs atvērts, loģiskā līmeņa tapa tiks peldēta un varētu radīt dažas nevēlamas rezultāts.

Pavelciet pretestību

Tas pats attiecas uz nolaižamo rezistoru. Apsveriet zemāk redzamo savienojumu, kur parādīts nolaižamais rezistors ar savienojuma

Iepriekš redzamajā attēlā notiek tieši pretēja lieta. Pull-down rezistoru R1, kas ir savienots ar zemi vai 0V. Tādējādi padarot digitālo loģikas līmeņa tapu P0.3 par noklusējumu 0, līdz slēdzis tiek nospiests un loģiskā līmeņa tapa kļuva augsta. Šādā gadījumā neliels strāvas daudzums plūst no 5V avota uz zemi, izmantojot slēgto slēdzi un nolaižamo rezistoru, tādējādi novēršot loģiskā līmeņa tapas īssavienojumu ar 5V avotu.

Tātad dažādām loģiskā līmeņa ķēdēm mēs varam izmantot Pull-up un Pull-down rezistorus. Tas ir visizplatītākais dažādās iegultās aparatūrās, viena vadu protokolu sistēmā, perifēros savienojumos mikroshēmā, Raspberry Pi, Arduino un dažādos iegultos sektoros, kā arī CMOS un TTL ieejām.

Pavelkamo un nolaižamo rezistoru faktisko vērtību aprēķināšana

Tagad, kad mēs zinām, kā izmantot Pull-up un Pull-down rezistoru, rodas jautājums, kāda būs šo rezistoru vērtība? Lai gan daudzās digitālās loģikas līmeņa ķēdēs mēs varam redzēt pievilkšanas vai nolaišanas rezistorus, kas svārstās no 2k līdz 4,7k. Bet kāda būs faktiskā vērtība?

Lai to saprastu, mums jāzina, kāds ir loģiskais spriegums? Cik lielu spriegumu sauc par zemu loģiku un cik lielu - ar augstu loģiku?

Dažādiem loģikas līmeņiem dažādi mikrokontrolleri izmanto atšķirīgu diapazonu loģikai augstai un zemai loģikai.

Ja mēs ņemsim vērā tranzistora-tranzistora loģikas (TTL) līmeņa ievadi, zemāk redzamajā diagrammā tiks parādīts minimālais loģiskais spriegums Logic augstajai noteikšanai un maksimālais loģiskais spriegums loģikas noteikšanai kā 0 vai Low.

Kā mēs varam redzēt, ka TTL loģiku, maksimālais spriegums loģika 0 ir 0.8V. Tātad, ja mēs nodrošinām mazāku par 0,8 V, loģikas līmenis tiks pieņemts kā 0. No otras puses, ja mēs nodrošināsim vairāk nekā 2 V līdz maksimālajam 5,25 V, loģika tiks pieņemta kā augsta. Bet pie 0,8 V līdz 2 V tas ir tukšs reģions, pie šī sprieguma nevar garantēt, ka loģika tiks pieņemta kā augsta vai zema. Tātad drošībai TTL arhitektūrā mēs pieņemam 0–0,8 V kā zemu un 2–5 V kā augstu, kas garantē, ka loģiskās mikroshēmas pie šī robežsprieguma atpazīs Zema un Augsta.

Lai noteiktu vērtību, formula ir vienkārša Ohma likums. Saskaņā ar omu likumu formula ir

V = I x R R = V / I

Paceļamā rezistora gadījumā V būs avota spriegums - minimālais spriegums, kas pieņemts kā augsts.

Un strāva būs maksimālā strāva, ko nogremdēja loģikas tapas.

Tātad, R _{pievilkšanās} = (V _padeve - V _{H (min)}) / I _grimst

Ja V _barošana ir barošanas spriegums, V _{H (min)} ir minimālais pieļaujamais spriegums kā augsts, un es _nogrimu ir maksimālā strāva, ko nogremdēja digitālā tapa.

Tas pats attiecas uz nolaižamo rezistoru. Bet formulai ir nelielas izmaiņas.

R _{pievilkšanās} = (V _{L (max)} - 0) / I _avots

Kur (V _{L (max)} maksimālais spriegums tiek pieņemts kā loģisks zems, un I _avots ir maksimālā strāva, ko iegūst digitālā tapa.

Praktiskais piemērs

Pieņemsim, ka mums ir loģiskā ķēde, kur barošanas avots ir 3,3 V un pieļaujamais loģiskais augstspriegums ir 3 V, un mēs varētu noslīcināt strāvas maksimumu 30uA, tad mēs varam izvēlēties pievilkšanās rezistoru, izmantojot šādu formulu:

Tagad, ja mēs ņemam vērā to pašu iepriekš minēto piemēru, kur ķēde pieņem 1V kā maksimālo loģiku Zems spriegums un var iegūt līdz 200uA strāvu, tad nolaižamais rezistors būs,

Vairāk par Pull-Up un Pull-Down rezistoriem

Papildus tam, ka tiek pievienots Pull-up vai Pull-down rezistors, mūsdienu mikrokontrolleris atbalsta iekšējos rezistorus digitālajiem I / O tapām, kas atrodas mikrokontrolleru blokā. Lai gan maksimālajos gadījumos tas ir vājš pievilkšanās, tas nozīmē, ka strāva ir ļoti zema.

Bieži vien mums ir nepieciešams piesaistīt vairāk nekā 2 vai 3 digitālās ieejas-izejas tapas, tādā gadījumā tiek izmantots rezistoru tīkls. To ir viegli integrēt un nodrošināt zemāku tapu skaitu.

To sauc par rezistoru tīklu vai SIP rezistoriem.

Tas ir rezistora tīkla simbols. 1. tapa ir savienota ar rezistora tapām, šī tapa ir jāpieslēdz VCC, lai veiktu uzvilkšanu, vai pie zemes, lai veiktu nolaišanos. Izmantojot šo SIP rezistoru, tiek izslēgti atsevišķi rezistori, tādējādi samazinot komponentu skaitu un vietu dēlī. Tas ir pieejams dažādās vērtībās, sākot no dažiem omiem līdz kilogramu omiem.