- Was ist Widerstand?
- Was sind Pull-Up- und Pull-Down-Widerstände und warum brauchen wir sie?
- Wo und wie Pull-up- und Pull-down-Widerstände verwendet werden
- Pull-up-Widerstände
- Widerstand nach unten ziehen
- Berechnung der Istwerte für Pull-up- und Pull-down-Widerstände
- Praktisches Beispiel
- Weitere Informationen zu Pull-Up- und Pull-Down-Widerständen
Was ist Widerstand?
Widerstände sind Strombegrenzungsvorrichtungen, die häufig in elektronischen Schaltkreisen und Produkten verwendet werden. Es ist eine passive Komponente, die Widerstand leistet, wenn Strom durch sie fließt. Es gibt viele verschiedene Arten von Widerständen. Der Widerstand wird in Ohm mit einem Vorzeichen von Ω gemessen.
Was sind Pull-Up- und Pull-Down-Widerstände und warum brauchen wir sie?
Wenn wir eine digitale Schaltung betrachten, sind die Pins immer entweder 0 oder 1. In einigen Fällen müssen wir den Zustand von 0 auf 1 oder von 1 auf 0 ändern. In beiden Fällen müssen wir den digitalen Pin entweder 0 halten und dann ändern Sie den Status auf 1 oder wir müssen ihn auf 0 halten und dann auf 1 ändern. In beiden Fällen müssen wir den digitalen Pin entweder auf ' High ' oder ' Low ' setzen, aber er kann nicht schwebend bleiben.
In jedem Fall wird der Status wie unten gezeigt geändert.
Wenn wir nun den High- und Low-Wert durch den tatsächlichen Spannungswert ersetzen, ist High der Logikpegel HIGH (sagen wir 5 V) und Low ist Masse oder 0 V.
Ein Pull-Up-Widerstand wird verwendet, um den Standardzustand des digitalen Pins auf Hoch oder auf den Logikpegel zu setzen (im obigen Bild sind es 5 V), und ein Pull-Down-Widerstand macht genau das Gegenteil, er macht den Standardzustand des Digitalen Pin als Low (0V).
Aber warum brauchen wir stattdessen diese Widerstände, um die digitalen Logikstifte direkt mit der Logikpegelspannung oder mit der Masse wie im folgenden Bild zu verbinden?
Nun, wir konnten das nicht tun. Da die digitale Schaltung mit geringem Strom arbeitet, ist es keine gute Wahl, die Logikstifte direkt mit der Versorgungsspannung oder der Masse zu verbinden. Als direkte Verbindung erhöhen Sie schließlich den Stromfluss genau wie der Kurzschluss und können die empfindliche Logikschaltung beschädigen, was nicht ratsam ist. Um den Stromfluss zu steuern, benötigen wir diese Pull-Down- oder Pull-Up-Widerstände. Ein Pull-Up-Widerstand ermöglicht einen kontrollierten Stromfluss von der Versorgungsspannungsquelle zu den digitalen Eingangspins, wobei die Pull-Down-Widerstände den Stromfluss von den digitalen Pins zur Erde effektiv steuern können. Gleichzeitig halten beide Widerstände, Pull-Down- und Pull-Up-Widerstände, den digitalen Zustand entweder niedrig oder hoch.
Wo und wie Pull-up- und Pull-down-Widerstände verwendet werden
Durch Bezugnahme auf das obige Mikrocontroller-Bild, bei dem die digitalen Logikstifte mit Masse und VCC kurzgeschlossen sind, können wir die Verbindung mithilfe von Pull-up- und Pull-down-Widerständen ändern.
Angenommen, wir benötigen einen Standardlogikstatus und möchten den Status durch Interaktion oder externe Peripheriegeräte ändern. Wir verwenden Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstände.
Pull-up-Widerstände
Wenn wir standardmäßig den High-Status benötigen und den Status durch eine externe Interaktion auf Low ändern möchten, können Sie den Pull-up-Widerstand wie in der Abbildung unten verwenden.
Der digitale Logikeingangspin P0.5 kann mit dem Schalter SW1 von logisch 1 oder hoch auf logisch 0 oder niedrig umgeschaltet werden. Der Widerstand R1 wirkt als Pull-up-Widerstand. Es ist mit der Logikspannung von der Versorgungsquelle von 5V verbunden. Wenn der Schalter nicht gedrückt wird, hat der logische Eingangspin immer eine Standardspannung von 5 V oder der Pin ist immer hoch, bis der Schalter gedrückt und der Pin gegen Masse kurzgeschlossen wird, wodurch er logisch niedrig wird.
Da wir jedoch festgestellt haben, dass der Pin nicht direkt mit Masse oder Vcc kurzgeschlossen werden kann, wird der Stromkreis möglicherweise aufgrund eines Kurzschlusszustands beschädigt. In diesem Fall wird er jedoch erneut mit dem geschlossenen Schalter gegen Masse kurzgeschlossen. Aber schauen Sie genau hin, es wird nicht wirklich kurzgeschlossen. Denn gemäß dem Ohmschen Gesetz fließt aufgrund des Pull-up-Widerstands eine kleine Strommenge von der Quelle zu den Widerständen und zum Schalter und erreicht dann die Erde.
Wenn wir diesen Pull-up-Widerstand nicht verwenden, wird der Ausgang beim Drücken des Schalters direkt gegen Masse kurzgeschlossen. Wenn der Schalter geöffnet ist, schwebt der Logikpegel-Pin und kann unerwünscht sein Ergebnis.
Widerstand nach unten ziehen
Gleiches gilt für den Pulldown-Widerstand. Betrachten Sie den folgenden Anschluss, bei dem der Pulldown-Widerstand mit dem Anschluss angezeigt wird.
Im obigen Bild passiert genau das Gegenteil. Der Pulldown-Widerstand R1, der mit Masse oder 0 V verbunden ist. Somit wird der digitale Logikpegel-Pin P0.3 als Standard 0 gesetzt, bis der Schalter gedrückt wird und der Logikpegel-Pin hoch wird. In diesem Fall fließt die geringe Strommenge mithilfe des geschlossenen Schalters und des Pulldown-Widerstands von der 5-V-Quelle zur Erde, wodurch verhindert wird, dass der Logikpegel-Pin mit der 5-V-Quelle kurzgeschlossen wird.
Daher können wir für verschiedene Logikpegelschaltungen Pull-up- und Pull-down-Widerstände verwenden. Es ist am häufigsten in verschiedenen eingebetteten Hardware-, Ein-Draht-Protokollsystemen, Peripherie-Verbindungen in einem Mikrochip, Raspberry Pi, Arduino und verschiedenen eingebetteten Sektoren sowie für die CMOS- und TTL-Eingänge.
Berechnung der Istwerte für Pull-up- und Pull-down-Widerstände
Da wir nun wissen, wie man den Pull-up- und Pull-down-Widerstand verwendet, stellt sich die Frage, welchen Wert diese Widerstände haben werden. Obwohl in vielen digitalen Logikpegelschaltungen Pull-up- oder Pull-down-Widerstände im Bereich von 2k bis 4,7k zu sehen sind. Aber was wird der tatsächliche Wert sein?
Um dies zu verstehen, müssen wir wissen, wie hoch die logische Spannung ist. Wie viel Spannung wird als logisch niedrig und wie viel als logisch hoch bezeichnet?
Für verschiedene Logikpegel verwenden verschiedene Mikrocontroller einen unterschiedlichen Bereich für die Logik hoch und die Logik niedrig.
Wenn wir einen TTL-Pegel-Eingang (Transistor-Transistor Logic) betrachten, zeigt das folgende Diagramm die minimale Logikspannung für die Bestimmung der logischen Höhe und die maximale logische Spannung für die Erkennung der Logik als 0 oder niedrig.
Wie wir sehen können, dass für die TTL - Logik, ist die maximale Spannung für logisch 0 0,8V. Wenn wir also weniger als 0,8 V liefern, wird der Logikpegel als 0 akzeptiert. Wenn wir dagegen mehr als 2 V bis maximal 5,25 V liefern, wird die Logik als hoch akzeptiert. Bei 0,8 V bis 2 V handelt es sich jedoch um einen leeren Bereich. Bei dieser Spannung kann nicht garantiert werden, dass die Logik als hoch oder niedrig akzeptiert wird. Aus Sicherheitsgründen akzeptieren wir in der TTL-Architektur 0 V bis 0,8 V als niedrig und 2 V bis 5 V als hoch, was garantiert, dass niedrig und hoch von den Logikchips bei dieser Grenzspannung erkannt werden.
Um den Wert zu bestimmen, lautet die Formel einfach Ohmsches Gesetz. Nach dem Ohmschen Gesetz lautet die Formel
V = I x R R = V / I.
Im Falle des Pull-up-Widerstands ist V die Quellenspannung - minimale Spannung, die als hoch akzeptiert wird.
Und der Strom ist der maximale Strom, der von den Logikstiften versenkt wird.
Damit, R Pull-up = (V Versorgung - V H (min)) / I Senke
Wenn die V- Versorgung die Versorgungsspannung ist, ist V H (min) die minimal akzeptierte Spannung als Hoch, und die I- Senke ist der maximale Strom, der vom digitalen Pin abgezogen wird.
Gleiches gilt für den Pulldown-Widerstand. Aber die Formel hat eine leichte Änderung.
R Pull-up = (V L (max) - 0) / I Quelle
Wobei (V L (max) die maximale Spannung als logisch niedrig akzeptiert wird und die I- Quelle der maximale Strom ist, der vom digitalen Pin bezogen wird.
Praktisches Beispiel
Angenommen, wir haben eine Logikschaltung, bei der die Versorgungsquelle 3,3 V und die akzeptable logische Hochspannung 3 V beträgt und wir einen Strommaximum von 30 uA versenken könnten. Dann können wir den Pull-up-Widerstand mit der folgenden Formel auswählen:
Wenn wir nun das oben angegebene Beispiel betrachten, bei dem die Schaltung 1 V als maximale logische Niederspannung akzeptiert und bis zu 200 uA Strom liefern kann, ist der Pulldown -Widerstand:
Weitere Informationen zu Pull-Up- und Pull-Down-Widerständen
Neben dem Hinzufügen von Pull-up- oder Pull-down-Widerständen unterstützt der moderne Mikrocontroller interne Pull-up-Widerstände für digitale E / A-Pins, die in der Mikrocontrollereinheit vorhanden sind. Obwohl es sich im Maximalfall um einen schwachen Pull-up handelt, bedeutet dies, dass der Strom sehr niedrig ist.
Oft müssen mehr als 2 oder 3 digitale Eingangs- / Ausgangspins hochgezogen werden. In diesem Fall wird ein Widerstandsnetzwerk verwendet. Es ist einfach zu integrieren und bietet eine geringere Anzahl von Pins.
Es wird als Widerstandsnetzwerk oder SIP-Widerstand bezeichnet.
Dies ist das Symbol des Widerstandsnetzes. Pin 1 ist mit den Widerstandspins verbunden. Dieser Pin muss zum Hochziehen an VCC oder zum Herunterziehen mit Masse verbunden werden. Durch die Verwendung dieses SIP-Widerstands werden einzelne Widerstände eliminiert, wodurch die Anzahl der Komponenten und der Platz auf der Platine verringert werden. Es ist in verschiedenen Werten erhältlich, von wenigen Ohm bis zu Kilo-Ohm.