Klärung des Pull-Up-Widerstands

Ich bin ein Neuling in der Elektronik und habe Schwierigkeiten, das Prinzip des "Pull-Up-Widerstands" zu verstehen. Ich habe viele Artikel darüber gelesen und denke, ich habe es verstanden, bin mir aber nicht zu 100% sicher, also habe ich eine Frage. In diesem Artikel heißt es nach dem ersten Bild:

Wenn die Taste gedrückt wird, wird der I / O-Pin mit Vcc verbunden und der Mikrocontroller registriert den Eingang als High.

Aber ich verstehe es nicht. Wo ist VCC? Soweit ich sehe, gibt es in diesem Schema keine Stromquelle, sondern nur einen Mikrocontroller, der mit einer Taste verbunden ist, die beide mit Masse verbunden sind. Wie kann also überhaupt eine Spannung in diesem Stromkreis vorhanden sein?

Der Artikel wirkt ziemlich verwirrend: Text und Abbildungen stimmen nicht überein. Ich werde versuchen, hier die gleichen drei Schemata wie dort zu präsentieren, mit hoffentlich einer passenderen Erklärung.

Angenommen, U1 ist Ihr Mikrocontroller und P1 ist ein als Eingang konfigurierter E / A-Pin. (Es könnte sich wirklich um ein beliebiges Logikgatter handeln.) Andere Verbindungen zu U1 sind nicht so relevant, werden aber nicht abgebildet.

(1) Wenn die Taste gedrückt wird, ist Port P1 mit Masse verbunden und erkennt einen niedrigen Logikpegel. Wenn der Knopf losgelassen wird, ist der Port nirgendwo verbunden, sondern er schwebt . Es ist keine definierte Spannung vorhanden, sodass der Digitaleingang bereits durch geringfügiges Rauschen von einem Wert zum anderen wechseln kann. Es kann auch oszillieren und einen erhöhten Stromverbrauch verursachen. Nicht gut.

(2) Wenn die Taste nicht gedrückt wird, erkennt der Port einen hohen Pegel, da er direkt an Vcc angeschlossen ist. Wenn der Knopf gedrückt wird, wird Vcc gegen Masse kurzgeschlossen und die Stromquelle wird wahrscheinlich brennen und sterben. Noch schlimmer.

(3) Wenn hier die Taste nicht gedrückt wird, erkennt der Port wieder einen hohen Logikpegel: Er wird hoch durch den Widerstand gezogen. (Es gibt keinen Spannungsverlust über dem Widerstand, da die Impedanz des Digitaleingangs sehr hoch ist und daher der Strom zum Port ungefähr Null ist.)

Wenn die Taste gedrückt wird, ist der Anschluss direkt mit Masse verbunden, sodass ein niedriger Pegel erkannt wird. Jetzt fließt ein Strom von Vcc nach Masse, aber der Widerstand begrenzt ihn auf etwas Sinnvolles. Das ist gut.

In diesem Schema wird eine nicht gedrückte Taste als hoher Wert (1) und eine gedrückte Taste als niedriger Wert (0) angezeigt. Dies wird als Aktiv-Niedrig- Logik bezeichnet. Das Vertauschen des Widerstands und des Schalters würde dies invertieren, sodass eine nicht gedrückte Taste als niedrig (0) und eine gedrückte Taste als hoch (1) angezeigt würde. ( Aktiv-Hoch- Logik.)

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Ein Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstand "hält" den Eingang auf einem bestimmten Pegel, wenn kein Eingang zum Pin vorhanden ist, anstatt den Eingang schweben zu lassen.

Wenn Sie Abbildung 1 in Ihrer Zeichnung betrachten, stellt das Öffnen des Schalters keine elektrische Verbindung zum Pin her, sodass Streustörungen, interne Leckagen usw. die Spannung des Eingangs-Pins beeinflussen können. Diese externen Einflüsse können dazu führen, dass der Eingang als schwankender Wert interpretiert wird, was zu unerwünschten Schwingungen oder unerwarteten Ausgängen führt.

Um sicherzustellen, dass der Pin in einem "bekannten" Zustand gehalten wird, muss er immer entweder mit VCC oder GND verbunden sein. Siehe Abbildung 2. Es gibt jedoch ein Problem: Wenn Sie den Pin mit VCC verbinden, um ihn im "High" -Zustand zu halten, dann verbinden Sie Ihren Schalter mit GND und drücken Sie den Schalter. Sie erstellen einen direkten Kurzschluss! Sie können entweder die Sicherung durchbrennen, die Stromversorgung beschädigen, etwas verbrennen usw.

Anstatt den Eingang direkt mit VCC oder GND zu verbinden, können Sie den Eingang über einen Pull-Up / Pull-Down-Widerstand verbinden. In Abbildung 3 verwenden sie einen Pull-up-Widerstand, der den Eingang mit VCC verbindet.

Wenn am Pin kein anderer Eingang vorhanden ist, fließt fast kein Strom durch den Pull-up-Widerstand. Es tritt also nur ein sehr geringer Spannungsabfall auf. Dies ermöglicht es, die gesamte VCC-Spannung am Eingangsstift zu sehen. Mit anderen Worten wird der Eingangsstift "hoch" gehalten.

Wenn Ihr Schalter geschlossen ist, sind der Eingang und der Pull-up-Widerstand mit GND verbunden. Etwas Strom beginnt durch den Pull-up zu fließen. Da es sich jedoch um einen viel höheren Widerstand als der zu GND führende Draht handelt, fällt fast die gesamte Spannung über dem Pull-up-Widerstand ab, wodurch am Eingangspin ~ 0 Volt anliegen.

Sie würden einen Widerstand mit relativ hohem Wert wählen, um den Stromfluss auf einen angemessenen Wert zu begrenzen, der jedoch nicht zu hoch ist, um den Innenwiderstand des Eingangs zu überschreiten.

Pull-up-Widerstände ermöglichen es Ihnen, den Eingang in einem bekannten Zustand zu halten, wenn kein Eingang vorhanden ist, und bieten Ihnen dennoch die Flexibilität, ein Signal einzugeben, ohne einen Kurzschluss zu verursachen.

Der Artikel ist verwirrend, aber hier ist der Kern. Der Wechselrichter hat eine hohe Eingangsimpedanz und sollte nicht schwebend belassen werden, da er eine logische 0 oder eine logische 1 annehmen oder zwischen den beiden schwingen könnte.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

• (a) Ohne Pull-up benötigen wir einen Umschalter, um zwischen Vss und GND (Masse) zu wechseln. Diese Anordnung würde den Eingang fest auf die eine oder andere Weise schalten, aber es gibt ein Problem beim Umschalten der Schaltkontakte, wenn der Eingang momentan potentialfrei ist. Dies kann beispielsweise bei elektromagnetischen Störungen (EMI) zu Schwingungen führen.
• (b) löst zwei Probleme: Es wird ein einfacherer Schalter verwendet, und wenn der Schalter nicht geschlossen ist, wird der Eingang hochgezogen. Wenn der Schalter geschlossen ist, wird der Eingang auf LOW gezogen.
• (c) zeigt die gleiche Anordnung in umgekehrter Reihenfolge. Schalter auf zieht niedrig.

Die Anordnung in (b) ist üblicher, da viele IC-Logikbauelemente interne Pull-up-Widerstände aufweisen, was bei Verwendung dieser Anordnung zu einer geringeren Anzahl von Bauelementen und einer geringeren PCB-Fläche führt.

Beachten Sie, dass in vielen Schaltplänen von Leistung und Masse ausgegangen wird. Im Fall von Logikgattern gibt es zum Beispiel eine gemeinsame Vss- und Masseverbindung für 2, 4 oder 6 Logikgatter. Es wäre nicht sinnvoll, sie für jedes Gate zu zeigen, damit sie mit ihren zugehörigen Entkopplungskondensatoren an anderer Stelle im Schaltplan angenommen oder separat gezeigt werden.

Nun, es ist kein Tor also sollten wir uns einen angeschlossenen I / O-Pin vorstellen, bei dem diese LED ohne Vorwiderstand nicht richtig dargestellt wird. Wenn Sie den Eingang mit Masse verbinden, sollte der Ausgang auf Vcc gehen (was auch als Vdd bezeichnet werden kann, was eine andere Geschichte ist).

Es ist ziemlich normal, die Power-Pins von Logikgattern nicht zu zeigen. Dies dient nur dazu, die Unordnung im Schaltplan zu verringern. Beachten Sie, dass der Massestrom-Pin am Logikgatter ebenfalls nicht dargestellt ist.

Dies wird etwas verwirrend (versteckt die Pins), wenn Sie gemischte logische Spannungen wie 1,8, 3,3 und 5 V auf derselben Platine haben, so dass ich das normalerweise nicht selbst mache, aber es hat ein paar Unordnung in den halcyon Tagen gespart wenn alles von 5V lief.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstand dienen zur Festlegung eines logischen Pegels (0 bei GND oder 1 bei VCC). Der Widerstand hat eine höhere Impedanz als die Taste. Wenn Sie die Taste drücken, kann sich der Pegel ändern (sofern dies korrekt verkabelt ist).

Das "Nicht-Gatter", das die MCU in den Figuren darstellt, ist sehr einfach und der Autor hat die VCC-Versorgung weggelassen. Natürlich ist in Abbildung 2 und 3 Vcc vorhanden und gut verbunden.

Das Urteil, das Sie ausgewählt haben, war die Erklärung der "Active High" -Logik. Derjenige, der Abbildung 1 entspricht, ist

Bei Verwendung eines Pull-Up-Widerstands wird am E / A-Pin normalerweise ein logisches Hoch angezeigt, und beim Drücken der Taste wird ein Tief angezeigt

Da potentialfreie Eingänge auf dem CMOS auf falsche Eingangspegel abfließen können, besteht die Gefahr von Rauschstörungen, entweder durch einen versteckten Pull-up-Eingang R in einem uC-Eingangsanschluss mit Schalter nach Masse oder durch eine externe Vorspannung R zu einer Versorgungsschiene Vdd oder Vss und Schalter nach die gegenüberliegende Schiene.