การชี้แจงตัวต้านทานแบบดึงขึ้น

ฉันค่อนข้างใหม่กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และฉันมีเวลายากที่จะเข้าใจหลักการ "ตัวต้านทานแบบดึงขึ้น" ฉันได้อ่านบทความมากมายเกี่ยวกับเรื่องนี้และฉันคิดว่าฉันเข้าใจแล้ว แต่ฉันไม่แน่ใจ 100% ดังนั้นฉันจึงมีคำถาม ในบทความนี้หลังจากภาพแรกมันพูดว่า:

เมื่อกดปุ่มชั่วขณะมันเชื่อมต่อขา I / O กับ Vcc และไมโครคอนโทรลเลอร์จะบันทึกอินพุตเป็นระดับสูง

แต่ฉันไม่เข้าใจ VCC อยู่ที่ไหน จากสิ่งที่ฉันเห็นไม่มีแหล่งจ่ายไฟใน schema นี้เพียงไมโครคอนโทรลเลอร์ต่อสายไปยังปุ่มที่ทั้งสายไปยังพื้นดินดังนั้นจะมีแรงดันไฟฟ้าในวงจรนี้ได้อย่างไร

บทความดูเหมือนจะค่อนข้างสับสน: ข้อความและตัวเลขไม่ตรงกัน ฉันจะพยายามนำเสนอสามแผนงานเดียวกันกับที่นี่โดยหวังว่าจะมีคำอธิบายที่ตรงกันมากขึ้น

สมมติว่า U1 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ของคุณและ P1 เป็นพิน I / O ที่กำหนดค่าเป็นอินพุต (อาจเป็นประตูตรรกะใด ๆ จริง ๆ ) การเชื่อมต่ออื่น ๆ ไปยัง U1 นั้นไม่เกี่ยวข้องกันดังนั้นจึงไม่ใช่ภาพ แต่สมมติว่ามันมีการเชื่อมต่อพลังงานและสิ่งจำเป็นอื่น ๆ

(1) หากกดปุ่มพอร์ต P1 จะเชื่อมต่อกับกราวด์และจะรับรู้ถึงระดับตรรกะต่ำ แต่เมื่อปุ่มปล่อยออกมาพอร์ตจะไม่เชื่อมต่อที่ใดก็ได้ แต่ลอยอยู่ ไม่มีแรงดันไฟฟ้าที่แน่นอนดังนั้นแม้เสียงรบกวนเล็กน้อยอาจทำให้อินพุตดิจิตอลเปลี่ยนจากค่าหนึ่งไปเป็นค่าอื่น มันอาจสั่นและทำให้สิ้นเปลืองพลังงานเพิ่มขึ้น ไม่ดี.

(2) ตอนนี้เมื่อไม่ได้กดปุ่มพอร์ตจะรู้สึกถึงระดับสูงเนื่องจากมันเชื่อมต่อโดยตรงกับ Vcc แต่ถ้ากดปุ่ม Vcc จะลัดวงจรลงกราวด์และแหล่งพลังงานอาจจะไหม้และตาย ยิ่งเลวร้ายลง.

(3) ที่นี่หากไม่กดปุ่มพอร์ตจะรู้สึกถึงระดับตรรกะที่สูงอีกครั้ง: มันจะถูกดึงสูงผ่านตัวต้านทาน (ไม่มีการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานเนื่องจากอิมพีแดนซ์ของอินพุตดิจิตอลนั้นสูงมากดังนั้นกระแสไปที่พอร์ตจะอยู่ที่ประมาณศูนย์)

เมื่อกดปุ่มพอร์ตจะเชื่อมต่อโดยตรงกับกราวด์จึงมีความรู้สึกในระดับต่ำ ทีนี้กระแสจะไหลจาก Vcc ไปที่กราวด์ แต่ตัวต้านทานจะ จำกัด เฉพาะบางอย่างที่สมเหตุสมผล ดีจัง.

ในแผนผังนี้ปุ่มที่ไม่มีการบีบอัดจะอ่านค่าสูง (1) และปุ่มที่กดจะอ่านต่ำ (0) สิ่งนี้เรียกว่าลอจิกต่ำ การสลับค่าตัวต้านทานและสวิตช์จะสลับกลับด้านนี้เพื่อให้ปุ่มที่ไม่ได้กดถูกอ่านต่ำ (0) และปุ่มกดที่สูง (1) ( ตรรกะที่ใช้งานสูง )

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ตัวต้านทานแบบดึงขึ้น - ลง "เก็บ" อินพุตที่ระดับเฉพาะเมื่อไม่มีอินพุตไปยังขาแทนที่จะปล่อยให้อินพุตลอย

เมื่อคุณพิจารณารูปที่ 1 ในรูปวาดของคุณการเปิดสวิตช์ไม่ให้การเชื่อมต่อไฟฟ้ากับพินดังนั้นจึงอนุญาตให้มีการรบกวนจากภายนอกการรั่วไหลภายในและอื่น ๆ ที่มีผลต่อแรงดันไฟฟ้าของพินอินพุต อิทธิพลภายนอกเหล่านี้สามารถทำให้อินพุตถูกตีความว่าเป็นค่าที่ผันผวนทำให้เกิดการแกว่งที่ไม่ต้องการหรือเอาต์พุตที่ไม่คาดคิด

ดังนั้นเพื่อให้แน่ใจว่าพินนั้นอยู่ในสถานะ "รู้" จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับ VCC หรือ GND เสมอ ดูรูปที่ 2 อย่างไรก็ตามมีปัญหา: หากคุณเชื่อมต่อพินกับ VCC เพื่อคงไว้ที่สถานะ "สูง" จากนั้นเชื่อมต่อสวิทช์ของคุณกับ GND และกดสวิทช์คุณจะสร้างคำสั่งสั้น ๆ ! คุณจะระเบิดฟิวส์ทำลายแหล่งจ่ายไฟของคุณเผาบางสิ่งบางอย่าง ฯลฯ

ดังนั้นแทนที่จะเชื่อมต่ออินพุตโดยตรงกับ VCC หรือ GND คุณสามารถเชื่อมต่ออินพุตผ่านตัวต้านทานแบบดึงขึ้น / ดึงลงได้ ในรูปที่ 3 พวกเขาใช้ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นเชื่อมต่ออินพุตกับ VCC

เมื่อไม่มีอินพุตอื่นบนพินกระแสไฟฟ้าเกือบเป็นศูนย์จะไหลผ่านตัวต้านทานแบบดึงขึ้น ดังนั้นจึงมีแรงดันตกคร่อมน้อยมาก สิ่งนี้ทำให้สามารถเห็นแรงดัน VCC ทั้งหมดได้ที่ขาอินพุต กล่าวอีกนัยหนึ่งหมุดป้อนข้อมูลอยู่ในระดับ "สูง"

เมื่อสวิตช์ของคุณปิดตัวต้านทานอินพุตและพูลอัพจะเชื่อมต่อกับ GND ปัจจุบันบางกระแสเริ่มไหลผ่าน pull-up แต่เนื่องจากมันเป็นความต้านทานที่สูงกว่าลวดที่นำไปสู่ ​​GND แรงดันไฟฟ้าเกือบทั้งหมดจึงลดลงผ่านตัวต้านทานแบบดึงขึ้นทำให้มีแรงดัน ~ 0 โวลต์ที่ขาอินพุต

คุณจะเลือกตัวต้านทานค่าที่ค่อนข้างสูงเพื่อ จำกัด การไหลของกระแสเป็นค่าที่สมเหตุสมผล แต่ไม่สูงเกินกว่าความต้านทานภายในของอินพุต

ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นช่วยให้คุณสามารถเก็บอินพุตไว้ที่สถานะที่รู้จักเมื่อไม่มีอินพุต แต่ยังให้ความยืดหยุ่นในการป้อนสัญญาณโดยไม่ต้องสร้างสัญญาณลัด

บทความกำลังสับสน แต่นี่เป็นส่วนสำคัญ อินเวอร์เตอร์มีอิมพีแดนซ์อินพุตสูงและไม่ควรปล่อยให้ลอยตัวเนื่องจากอาจถือว่าเป็นตรรกะ 0 หรือลอจิก 1 หรือออสซิลเลตระหว่างทั้งสอง

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

• (a) หากไม่มีการดึงขึ้นเราจะต้องใช้สวิตช์เปลี่ยนเพื่อสลับระหว่าง Vss และ GND (กราวด์) การจัดเรียงนี้จะสลับอินพุตอย่างแน่นหนาไม่ว่าทางใดทางหนึ่ง แต่มีปัญหาระหว่างการเปลี่ยนหน้าสัมผัสสวิตช์เมื่ออินพุทลอยอยู่ชั่วครู่ สิ่งนี้อาจทำให้เกิดการสั่นเมื่อมีสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) เป็นต้น
• (b) แก้ปัญหาสองปัญหา: ใช้สวิตช์ที่ง่ายกว่าและในกรณีที่ไม่มีสวิตช์ปิดอินพุตจะถูกดึงสูง เมื่อปิดสวิตช์อินพุตจะถูกดึงต่ำ
• (c) แสดงการจัดเรียงเดียวกันในสิ่งที่ตรงกันข้าม สวิตช์เปิดดึงต่ำ

การจัดเรียงใน (b) เป็นเรื่องปกติมากขึ้นเนื่องจากอุปกรณ์ลอจิก IC จำนวนมากมีตัวต้านทานแบบดึงขึ้นภายในทำให้จำนวนชิ้นส่วนและพื้นที่ PCB ลดลงเมื่อใช้การจัดเรียงนี้

โปรดทราบว่าพลังงานและพื้นดินมีการสันนิษฐานในแผนงานหลายอย่าง ในกรณีของลอจิกเกตเช่นมีการเชื่อมต่อ Vss และกราวด์ทั่วไปสำหรับ 2, 4 หรือ 6 ลอจิกเกต มันไม่สมเหตุสมผลเลยที่จะแสดงพวกเขาสำหรับแต่ละประตูดังนั้นพวกเขาจึงสันนิษฐานหรือแสดงแยกจากกันด้วยตัวเก็บประจุแยกส่วนที่มากับวงจรอื่น ๆ

มันเป็นประตูไม่ได้ดังนั้นฉันคิดว่าเราควรจินตนาการว่าขา I / O เชื่อมต่อที่ LED นั้นแสดงไม่ถูกต้องโดยไม่มีตัวต้านทานแบบอนุกรม เมื่อคุณเชื่อมต่ออินพุตกับกราวด์เอาต์พุตควรไปที่ Vcc (ซึ่งอาจเรียกว่า Vdd ซึ่งเป็นอีกเรื่องหนึ่ง)

เป็นเรื่องปกติที่จะไม่แสดงหมุดไฟบนประตูลอจิก นี่เป็นเพียงเพื่อลดความยุ่งเหยิงในแผนผัง โปรดทราบว่าพินกำลังภาคพื้นดินที่ประตูลอจิกไม่แสดงขึ้น

สิ่งนี้ทำให้เกิดความสับสนเล็กน้อย (ซ่อนพิน) เมื่อคุณมีแรงดันไฟฟ้าแบบลอจิกแบบผสมเช่น 1.8, 3.3 และ 5V บนกระดานเดียวกันดังนั้นฉันจึงไม่ทำตามปกติ แต่มันช่วยประหยัดความยุ่งเหยิงในช่วงวันหยุด เมื่อทุกอย่างวิ่งจาก 5V

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ตัวต้านทานแบบเลื่อนขึ้นหรือลงมีไว้เพื่อแก้ไขระดับตรรกะ (0 ที่ GND หรือ 1 ที่ VCC) ตัวต้านทานมีความต้านทานสูงกว่าที่ปุ่ม เมื่อคุณกดปุ่มระดับสามารถเปลี่ยนได้ (ถ้ามีสาย correclty)

"ไม่ใช่เกต" ที่เป็นตัวแทนของ MCU ในรูปนั้นเป็นพื้นฐานมากและผู้เขียนได้จัดหา VCC แน่นอนในรูปที่ 2 และ 3 Vcc มีอยู่และเชื่อมต่อกันดี

ประโยคที่คุณเลือกคือการอธิบายตรรกะ "ใช้งานสูง" หนึ่งที่สอดคล้องกับรูปที่ 1 คือ

การใช้ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นขา I / O โดยปกติจะเห็นลอจิกสูงและเมื่อกดปุ่มมันจะเห็นค่าต่ำ

เนื่องจากอินพุตแบบลอยบน CMOS สามารถรั่วไหลไปที่ระดับอินพุตผิดพลาดมีแนวโน้มที่จะเกิดเสียงรบกวนได้ทั้งการดึงอินพุต R ที่ซ่อนอยู่ในพอร์ตอินพุต uC พร้อมสวิตช์เป็นกราวด์หรืออคติภายนอกไปยังรางจ่าย Vdd หรือ Vss รางตรงข้าม