Trek de weerstand omhoog en omlaag

Wat is weerstand?

Weerstanden zijn stroombeperkende apparaten die veel worden gebruikt in elektronische schakelingen en producten. Het is een passieve component die weerstand biedt wanneer er stroom doorheen gaat. Er zijn veel verschillende soorten weerstanden. Weerstand wordt gemeten in Ohm met het teken Ω.

Wat zijn pull-up en pull-down weerstanden en waarom hebben we ze nodig?

Als we een digitaal circuit beschouwen, zijn de pinnen altijd 0 of 1. In sommige gevallen moeten we de status wijzigen van 0 in 1 of van 1 in 0. In beide gevallen moeten we de digitale pin ofwel 0 vasthouden. en verander dan de status in 1 of we moeten het 0 houden en dan veranderen in 1. In beide gevallen moeten we de digitale pin ' Hoog ' of ' Laag ' maken, maar het kan niet blijven zweven.

Dus in elk geval wordt de status gewijzigd zoals hieronder weergegeven.

Als we nu de hoge en lage waarde vervangen door de werkelijke spanningswaarde, dan is de hoge het logische niveau HIGH (laten we zeggen 5V) en de lage waarde de aarde of 0v.

Een pull-up-weerstand wordt gebruikt om de standaardstatus van de digitale pin op hoog of op het logische niveau te zetten (in de bovenstaande afbeelding is dit 5V) en een pull-down-weerstand doet precies het tegenovergestelde, het maakt de standaardstatus van de digitale pin. pin als laag (0V).

Maar waarom hebben we die weerstanden nodig, in plaats daarvan zouden we de digitale logische pinnen rechtstreeks kunnen verbinden met de spanning op logisch niveau of met de aarde zoals in de onderstaande afbeelding?

Nou, we zouden dit niet kunnen doen. Omdat het digitale circuit met lage stroom werkt, is het geen goede keuze om de logische pinnen rechtstreeks op de voedingsspanning of de aarde aan te sluiten. Omdat een directe verbinding uiteindelijk de stroomsterkte verhoogt, net als de kortsluiting, en het gevoelige logische circuit kan beschadigen, wat niet aan te raden is. Om de stroom te regelen, hebben we die pull-down of pull-up weerstanden nodig. Een pull-up-weerstand maakt een gecontroleerde stroom mogelijk van de voedingsspanningsbron naar de digitale ingangspennen, waar de pull-down-weerstanden de stroom van digitale pennen naar de aarde effectief kunnen regelen. Tegelijkertijd houden beide weerstanden, pull-down- en pull-up-weerstanden de digitale status laag of hoog.

Waar en hoe pull-up en pull-down weerstanden te gebruiken

Door te verwijzen naar de bovenstaande afbeelding van de microcontroller, waar de digitale logische pinnen zijn kortgesloten met de aarde en VCC, kunnen we de verbinding wijzigen met behulp van pull-up en pull-down weerstanden.

Stel dat we een standaard logische status nodig hebben en de status willen veranderen door een interactie of externe randapparatuur, dan gebruiken we pull-up of pull-down weerstanden.

Pull-up weerstanden

Als we de hoge status als standaard nodig hebben en de status naar Laag willen veranderen door een externe interactie, kunnen we de Pull-up-weerstand gebruiken zoals de afbeelding hieronder-

De digitale logische ingangspen P0.5 kan worden omgeschakeld van logisch 1 of hoog naar logisch 0 of laag met behulp van de schakelaar SW1. De R1-weerstand werkt als een pull-up-weerstand. Het is verbonden met de logische spanning van de voedingsbron van 5V. Dus als de schakelaar niet wordt ingedrukt, heeft de logische ingangspen altijd een standaardspanning van 5V of is de pen altijd hoog totdat de schakelaar wordt ingedrukt en de pen wordt kortgesloten naar aarde waardoor deze logisch laag wordt.

Zoals we echter hebben verklaard, kan de pin niet direct worden kortgesloten naar de grond of Vcc, omdat dit uiteindelijk het circuit zal beschadigen als gevolg van kortsluiting, maar in dit geval wordt het opnieuw kortgesloten naar de grond met behulp van de gesloten schakelaar. Maar kijk goed, het wordt niet echt kortgesloten. Omdat, volgens de ohm-wet, vanwege de pull-up-weerstand een kleine hoeveelheid stroom van de bron naar de weerstanden en de schakelaar zal stromen en vervolgens de grond bereikt.

Als we deze pull-up-weerstand niet gebruiken, wordt de uitgang direct kortgesloten met de aarde wanneer de schakelaar wordt ingedrukt, aan de andere kant, wanneer de schakelaar open is, zal de logische niveaupin zweven en kan dit ongewenst zijn resultaat.

Trek weerstand naar beneden

Hetzelfde geldt voor de pull-down-weerstand. Beschouw de onderstaande verbinding waar de pull-down-weerstand wordt getoond met de verbinding-

In de bovenstaande afbeelding gebeurt precies het tegenovergestelde. De pull-down weerstand R1 die is verbonden met de aarde of 0V. Dus het maken van de digitale logische niveau-pin P0.3 als standaard 0 totdat de schakelaar wordt ingedrukt en de logische niveau-pin hoog werd. In dat geval vloeit de kleine hoeveelheid stroom van de 5V-bron naar de aarde met behulp van de gesloten schakelaar en pull-down-weerstand, waardoor wordt voorkomen dat de logische niveau-pin wordt kortgesloten met de 5V-bron.

Dus voor verschillende circuits op logisch niveau kunnen we pull-up- en pull-down-weerstanden gebruiken. Het komt het meest voor in verschillende embedded hardware, eendraadsprotocolsysteem, randverbindingen in een microchip, Raspberry Pi, Arduino en verschillende embedded sectoren, evenals voor de CMOS- en TTL-ingangen.

Berekenen van de werkelijke waarden voor pull-up en pull-down weerstanden

Nu we weten hoe we de pull-up- en pull-down-weerstand moeten gebruiken, is de vraag wat de waarde van die weerstanden zal zijn? Hoewel we in veel digitale logische niveaucircuits pull-up of pull-down weerstanden kunnen zien van 2k tot 4,7k. Maar wat wordt de werkelijke waarde?

Om dit te begrijpen, moeten we weten wat de logische spanning is? Hoeveel spanning wordt Logic low genoemd en hoeveel wordt Logic High genoemd?

Voor verschillende logische niveaus gebruiken verschillende microcontrollers een ander bereik voor de logic high en logic low.

Als we een transistor-transistorlogica (TTL) niveau-ingang beschouwen, zal de onderstaande grafiek de minimale logische spanning tonen voor de logische hoge bepaling en de maximale logische spanning voor het detecteren van de logica als 0 of laag.

Zoals we kunnen zien, is dat voor de TTL-logica de maximale spanning voor logische 0 0,8V. Dus als we minder dan 0,8 V leveren, wordt het logische niveau geaccepteerd als 0. Aan de andere kant, als we meer dan 2 V leveren tot de maximale 5,25 V, wordt de logica geaccepteerd als Hoog. Maar bij de 0,8V tot de 2V is het een blanco gebied, bij die spanning kan niet worden gegarandeerd dat de logica als hoog of laag wordt geaccepteerd. Dus, voor de zekerheid, in TTL-architectuur accepteren we 0V tot 0,8V als laag en 2V tot 5V als hoog, wat gegarandeerd is dat laag en hoog door de logica-chips worden herkend bij die marginale spanning.

Om de waarde te bepalen, is de formule een eenvoudige Ohm-wet. Volgens de ohm-wet is de formule

V = ik x R R = V / I

In het geval van de pull-up-weerstand, is de V de bronspanning - de minimale spanning wordt geaccepteerd als hoog.

En de stroom is de maximale stroom die door de logische pinnen is gezonken.

Zo, R _pull-up = (V _supply - V _{H (min)}) / I _sink

Waar V- _voeding de voedingsspanning is, is _{VH (min) de} minimaal geaccepteerde spanning als Hoog, en I _sink is de maximale stroom die door de digitale pin wordt gezonken.

Hetzelfde geldt voor de pull-down-weerstand. Maar de formule heeft een kleine verandering.

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

Waarbij (VL _(max) de maximale spanning wordt geaccepteerd als logisch laag, en de I- _bron de maximale stroom is die wordt geleverd door de digitale pin.

Praktisch voorbeeld

Stel dat we een logisch circuit hebben waarbij de voedingsbron 3,3 V is en de acceptabele logische hoogspanning 3 V is, en we een stroom maximaal 30uA kunnen laten dalen, dan kunnen we de pull-up-weerstand kiezen met behulp van de formule op deze manier:

Als we nu hetzelfde voorbeeld beschouwen als hierboven vermeld, waarbij het circuit 1V accepteert als de maximale logische lage spanning en tot 200uA stroom zou kunnen genereren, dan zal de pull-down-weerstand zijn,

Meer over pull-up en pull-down weerstanden

Naast het toevoegen van een pull-up- of pull-down-weerstand, ondersteunt de moderne microcontroller interne pull-up-weerstanden voor digitale I / O-pinnen die aanwezig zijn in de microcontroller-eenheid. Hoewel het in maximale gevallen een zwakke pull-up is, betekent dit dat de stroom erg laag is.

Vaak hebben we meer dan 2 of 3 digitale input-output pinnen nodig, in dat geval wordt een weerstandsnetwerk gebruikt. Het is gemakkelijk te integreren en biedt een lager aantal pinnen.

Het wordt een weerstandsnetwerk of SIP-weerstanden genoemd.

Dit is het symbool van het weerstandsnet. Pin 1 is verbonden met de weerstandspennen, deze pin moet op VCC worden aangesloten voor Pull-Up of met de grond voor Pull-down-doeleinden. Door deze SIP-weerstand te gebruiken, worden individuele weerstanden geëlimineerd, waardoor het aantal componenten en de ruimte in het bord worden verminderd. Het is verkrijgbaar in verschillende waarden, variërend van enkele ohm tot kilo-ohm.