Povucite i spustite otpornik

Što je otpornik?

Otpornici su uređaji za ograničavanje struje s kojima se obilno koriste u elektroničkim sklopovima i proizvodima. Pasivna je komponenta koja pruža otpor kad struja kroz nju teče. Postoji mnogo različitih vrsta otpornika. Otpor se mjeri u Ohm sa znakom Ω.

Što su pull-up i pull-down otpornici i zašto su nam potrebni?

Ako uzmemo u obzir digitalni sklop, pinovi uvijek moraju biti 0 ili 1. U nekim slučajevima moramo promijeniti stanje s 0 na 1 ili s 1 na 0. U oba slučaja, moramo držati digitalni pin bilo 0 a zatim promijenite stanje u 1 ili ga trebamo zadržati 0, a zatim promijenimo u 1. U oba slučaja digitalni pin moramo napraviti ili ' High ' ili ' Low ', ali ne može ostati plutajući.

Dakle, u svakom se slučaju stanje mijenja kako je prikazano u nastavku.

Sada, ako zamijenimo visoku i nisku vrijednost stvarnom vrijednošću napona, tada će visoka biti logička razina VISOKO (recimo 5V), a niska tlo ili 0v.

Pull-up otpornik se koristi kako bi zadano stanje digitalnog pin kao visok ili na razini logika (koja vidite na slici to je 5V) i padajućih otpornik nema baš suprotno, čini zadano stanje digitalni pin kao nizak (0V).

Ali zašto su nam potrebni ti otpornici, a digitalne logičke pinove mogli bismo spojiti izravno na napon logičke razine ili uzemljenje kao na slici dolje?

Pa, nismo mogli ovo. Kako digitalni sklop radi u slaboj struji, spajanje logičkih pinova izravno na opskrbni napon ili uzemljenje nije dobar izbor. Kako izravna veza na kraju povećava protok struje baš kao i kratki spoj, te može oštetiti osjetljivi logički krug što nije preporučljivo. Da bismo kontrolirali protok struje, trebaju nam otpornici koji se spuštaju ili povlače. Izvlačni otpornik omogućuje kontrolirani protok struje od izvora napajanja do digitalnih ulaznih pinova, gdje bi spuštajući otpornici mogli učinkovito kontrolirati protok struje od digitalnih pinova do tla. Istodobno, oba otpora, pull-down i pull-up otpornici drže digitalno stanje bilo Low ili High.

Gdje i kako se koriste povučni i spušteni otpornici

Upućivanjem na gornju sliku mikrokontrolera, gdje su digitalni logički pinovi kratko spojeni na masu i VCC, mogli bismo promijeniti vezu pomoću pull-up i pull-down otpornika.

Pretpostavimo, trebamo zadano logičko stanje i želimo promijeniti stanje nekom interakcijom ili vanjskim perifernim uređajima, koristimo pull-up ili pull-down otpore.

Vučni otpornici

Ako nam je zadano visoko stanje visoko stanje i želimo nekim vanjskim međudjelovanjem promijeniti stanje nisko, možemo upotrijebiti Pull-up otpor kao na slici ispod-

Pin za digitalni logički ulaz P0.5 može se prebaciti s logike 1 ili visoke na logiku 0 ili nisku pomoću prekidača SW1. Otpor R1 djeluje kao pull-up otpornik. Povezan je s logičkim naponom od izvora napajanja od 5V. Dakle, kada se prekidač ne pritiska, logički ulazni pin uvijek ima zadani napon od 5V ili je pin uvijek visok dok se prekidač ne pritisne i pin se kratko spoji na masu što ga čini logičkim niskim.

Međutim, kao što smo naveli da se zatik ne može izravno spojiti na masu ili Vcc, jer će to na kraju oštetiti krug zbog stanja kratkog spoja, ali u ovom slučaju, opet dolazi do kratkog spoja na masu pomoću zatvorenog prekidača. Ali, pažljivo pogledajte, zapravo se ne skraćuje. Jer, prema zakonu oma, zbog otpora na izvlačenje, mala količina struje će teći od izvora do otpornika i prekidača, a zatim doći do tla.

Ako ne upotrijebimo ovaj pull-up otpor, izlaz će se izravno spojiti na tlo kad se pritisne prekidač, s druge strane, kada će prekidač biti otvoren, logički pin razine plivat će i mogao bi stvoriti neke nepoželjne proizlaziti.

Povucite otpornik

Ista stvar vrijedi i za Pull-down otpor. Razmotrite donju vezu gdje je prikazan padajući otpornik s vezom-

Na gornjoj slici događa se upravo suprotno. Padajućeg otpornik R1 koja je povezana sa zemljom ili 0V. Tako je pin P0.3 digitalne logičke razine zadan 0, sve dok se prekidač ne pritisne i pin logičke razine postane visok. U tom slučaju, mala količina struje teče od izvora 5V prema tlu pomoću zatvorene sklopke i padajućeg otpora, čime se sprječava da se pin logičke razine kratko spoji s izvorom 5V.

Dakle, za različite krugove logičke razine možemo koristiti povlačne i povučene otpore. Najčešći je u raznom ugrađenom hardveru, jednožičnom protokolarnom sustavu, perifernim vezama u mikročipu, Raspberry Pi, Arduino i raznim ugrađenim sektorima, kao i za CMOS i TTL ulaze.

Izračunavanje stvarnih vrijednosti za pull-up i pull-down otpornike

Sada, dok znamo kako se koristimo pull-up i pull-down otpornikom, pitanje je koja će biti vrijednost tih otpora? Iako u mnogim sklopovima digitalne logičke razine možemo vidjeti pull-up ili pull-down otpore u rasponu od 2k do 4,7k. Ali koja će biti stvarna vrijednost?

Da bismo to razumjeli, moramo znati koji je logički napon? Koliki se napon naziva Logic Low i Koliko Logic High?

Za različite logičke razine, razni mikrokontroleri koriste različiti raspon za logičku visoku i logičku nisku.

Ako uzmemo u obzir ulaz tranzistor-tranzistorska logika (TTL), donji grafikon prikazat će minimalni logički napon za visoko određivanje logike i maksimalni logički napon za otkrivanje logike kao 0 ili nisku.

Kao što vidimo, da je za TTL logiku maksimalni napon za logiku 0 0,8V. Dakle, ako pružimo manje od 0,8 V, logička razina bit će prihvaćena kao 0. S druge strane, ako pružimo više od 2 V do maksimalnih 5,25 V, logika će biti prihvaćena kao visoka. Ali na 0,8 V do 2 V to je prazno područje, pri tom naponu ne može se zajamčiti da će logika biti prihvaćena kao visoka ili niska. Dakle, za sigurnu stranu, u TTL arhitekturi prihvaćamo 0V do 0,8V kao nisku, a 2V do 5V kao visoku, što je zajamčeno da će logički čipovi pri tom graničnom naponu prepoznati nisko i visoko.

Da bi se odredila vrijednost, formula je jednostavni Ohmov zakon. Prema zakonu oma, formula je

V = I x R R = V / I

U slučaju pull-up otpora, V će biti napon izvora - minimalni napon prihvaćen kao High.

A struja će biti maksimalna struja potopljena logičkim pinovima.

Tako, R _pull-up = (V _dovod - V _{H (min)}) / I _tone

Tamo gdje je V _napajanje opskrbni napon, V _{H (min)} je minimalno prihvaćeni napon kao Visoki, a I _sink je maksimalna struja koju je potopio digitalni pin.

Ista stvar je primjenjiva na Pull-down otpornik. Ali formula ima malu promjenu.

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

Gdje je (V _{L (max)} maksimalni napon prihvaćen kao logički nizak, a I _izvor je maksimalna struja koju daje digitalni pin.

Praktični primjer

Pretpostavimo da imamo logički sklop u kojem je izvor napajanja 3,3 V, a prihvatljivi logički visoki napon 3 V, a mogli bismo potopiti struju maksimalno 30 uA, a zatim možemo odabrati pull-up otpor koristeći formulu poput ove -

Sada, ako uzmemo u obzir isti gore navedeni primjer, gdje sklop prihvaća 1V kao maksimalni logički niski napon i mogao bi proizvesti do 200uA struje, tada će biti Pull-down otpor,

Više o pull-up i pull-down otpornicima

Osim dodavanja pull-up ili pull-down otpora, suvremeni mikrokontroler podržava unutarnje pull-up otpore za digitalne I / O pinove koji su prisutni unutar jedinice mikrokontrolera. Iako je u maksimalnom broju slučajeva to slabo povlačenje, znači da je struja vrlo mala.

Često trebamo povući više od 2 ili 3 digitalna ulazno-izlazna pina, u tom slučaju se koristi mreža otpornika. Jednostavno je integrirati i osigurati niži broj pinova.

Naziva se otporničkom mrežom ili SIP otpornicima.

Ovo je simbol mreže otpornika. Pin 1 povezan je s otpornim pinovima, ovaj pin mora biti povezan na VCC za povlačenje ili na masu za povlačenje. Korištenjem ovog SIP otpora uklanjaju se pojedinačni otpornici čime se smanjuje broj komponenata i prostor na ploči. Dostupan je u raznim vrijednostima, u rasponu od nekoliko oma do kilo-oma.