เหตุใดไฟ LED ในการออกแบบที่ฝังตัวส่วนใหญ่จึงกลับด้าน


36

ฉันสังเกตเห็นว่าในบอร์ดการประเมินทั้งหมดของฉันที่ฉันมีถึงจุดนี้ในเวลา ไฟ LED ทั้งหมดเชื่อมต่อกันในระดับที่ต่ำไปยังพอร์ตไมโครคอนโทรลเลอร์ ฉันเข้าใจว่าจากมุมมองด้านความปลอดภัยจะดีกว่าถ้ามี RESET ที่ต่ำและเช่นนั้น แต่ทำไมไฟ LED?


21
ในสมัยก่อนทรานซิสเตอร์ NMOS และ NPN แข็งแกร่งกว่า PMOS หรือ PNP มาก ดังนั้นเราทุกคนจึงมีนิสัยในการจัดเรียง LED เพื่อให้ตรรกะอินพุตจมมากกว่าแหล่งที่มาในปัจจุบัน ส่วนใหญ่ไม่สำคัญอีกต่อไป แต่นิสัยเก่าตายยาก ฉันได้เชื่อมต่อ LED เป็นวิธีอื่นในบางโอกาส มันทำงานได้ดีตราบใดที่คุณเคารพขีด จำกัด ปัจจุบันของ IO
mkeith

21
มักเป็นกรณีที่พิน IO ของไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถจมกระแสได้มากกว่าที่พวกเขาสามารถรับได้ สิ่งนี้สามารถสร้างให้กับ LED ที่สว่างกว่าโดยไม่เกินแหล่งรวมกระแสสูงสุดสำหรับชิปทั้งหมด ระยะของคุณอาจแตกต่างกันแน่นอนตรวจสอบแผ่นข้อมูล
Wossname

3
TTL ปู่ของความคิดของไดรฟ์ต่ำที่ใช้งานอยู่และ CMOS I / O มักจะไม่ได้ใช้งานสูงหรืออินพุตลอยที่มี / ไม่มี pullup ที่ใช้งานอยู่ ดังนั้น LED OFF หลังจากรีเซ็ต
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

1
ประวัติที่ผ่านมา: อินพุต TTL ลอยสูงและเมื่อต้องการขับอินพุตต่ำคุณต้องดึงกระแสออกมา นั่นคือเหตุผลที่เอาท์พุท TTL จะต้องสามารถ "จม" กระแสสำคัญในสถานะต่ำในขณะที่พวกเขาไม่จำเป็นต้อง "แหล่ง" ปัจจุบันมากในสถานะที่สูง (อันที่จริงชิ้นส่วน TTL ที่มีเอาท์พุทตัวสะสมแบบเปิดไม่สามารถกำเนิดกระแสใด ๆ เลยในสถานะสูง)
โซโลมอนช้าลง

2
อีกจุดหนึ่ง ใน LED "วันเก่า ๆ ที่ดี" ไม่มีประสิทธิภาพมากและคุณต้องการ 20mA จริงๆเพื่อให้ดูสมเหตุสมผล 5mA วันนี้พราวแหล่งที่มาหรืออ่างล้างจานมักจะไม่เป็นปัญหา
Dirk Bruere

คำตอบ:


42

ยังคงเป็นกรณีที่หมุด MCU I / O มักจะมีแหล่งจ่ายกระแสที่อ่อนแอกว่าการจ่ายกระแสไฟ

ในเอาต์พุต CMOS MCU ทั่วไปเมื่อพวกเขาขับ LOW พวกเขาจะเปิด N-channel MOSFET; และเมื่อพวกเขาขับ HIGH พวกเขาก็เปิด MOSFET P-channel (พวกเขาไม่เคยเปิดทั้งสองอย่างในเวลาเดียวกัน!) เนื่องจากความแตกต่างของความคล่องตัวที่ใช้สำหรับ N-channel กับ P-channel (ประมาณ 2 ถึง 3 เท่า) จึงใช้ความพยายามเป็นพิเศษในการสร้าง P- อุปกรณ์ของช่องแสดง "คุณภาพ" ที่คล้ายกันเป็นสวิตช์ บางคนก็ใช้ความพยายามพิเศษนั้น บางคนทำไม่ได้ ถ้าไม่ความสามารถในการจม (N-channel) หรือกระแส (P-channel) ปัจจุบันจะแตกต่างกัน

พวกเขาบางคนเกือบจะสมมาตรเพราะพวกเขาสามารถมาเกือบเท่าที่พวกเขาจะจม (ซึ่งหมายความว่าพวกเขากำลังดีเท่าสวิตช์ลงสู่พื้นราวกับเป็นสวิตช์ไปยังรางจ่ายไฟ) แต่ถึงแม้จะพยายามแก้ไขปัญหาเป็นพิเศษมีปัญหาอื่น ๆ ที่ทำให้ไม่น่าเป็นไปได้ที่อุปกรณ์ทั้งสองจะคล้ายกันอย่างสมบูรณ์และ มันยังคงเป็นกรณีที่ด้านการจัดหายังคงอ่อนแออย่างน้อย

แต่ในการวิเคราะห์ขั้นสุดท้ายเป็นความคิดที่ดีที่จะดูแผ่นข้อมูลเพื่อดู นี่คือตัวอย่างจาก PIC12F519 (หนึ่งในชิ้นส่วนที่ถูกที่สุดจาก Microchip ที่ยังมีพื้นที่เก็บข้อมูลภายในที่ไม่ลบเลือนได้เขียนได้สำหรับข้อมูล)

แผนภูมินี้แสดงแรงดันเอาต์พุต LOW (แกนตั้ง) เทียบกับ LOW Sinking ปัจจุบัน (แกนนอน) เมื่อ CPU ใช้ :VCC=3V

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

แผนภูมินี้แสดงให้เห็นถึงแรงดันขาออกสูง (แกนแนวตั้ง) และกระแสสูงสุดจากการจัดหา (แกนแนวนอน) รวมถึงเมื่อ CPU ใช้ :VCC=3V

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

คุณสามารถเห็นได้อย่างง่ายดายว่าพวกเขาไม่สนใจที่จะแสดงความสามารถในการจมแบบเดียวกันกับการจัดหาความสามารถในปัจจุบัน

หากต้องการอ่านให้เลือกกระแสที่มีขนาดใกล้เคียงกันบนแผนภูมิทั้งสอง (ยากมากใช่ไหม) ลองเลือกในแผนภูมิแรกและบน อันที่สอง. (ใกล้ที่สุดเท่าที่เราจะทำได้) คุณจะเห็นว่า PIC12F519 โดยปกติจะลดลงประมาณในอันแรกแนะนำความต้านทานภายในประมาณ46 ในทำนองเดียวกันคุณจะเห็นว่า PICF519 โดยปกติแล้วจะลดลงประมาณในแผนภูมิที่สองแนะนำการต้านทานภายในที่ประมาณ5mA4mA230mVRLOW=230mV5mA46Ω600mVRHIGH=600mV4mA150Ω. ไม่คล้ายกันมาก (หมายเหตุ: ฉันดึงข้อมูลจากเส้นโค้งเป็นเวลา )25C

ดังนั้นถ้าคุณออกแบบ MCU นี้เป็นวงจรที่คุณต้องการขับLEDที่ประมาณคุณจะวางสายอย่างไร เป็นที่ชัดเจนว่าคุณจะต้องพิจารณา LOW เป็น ON เนื่องจากเป็นวิธีเดียวที่แผ่นข้อมูลบอกว่าคุณอาจประสบความสำเร็จได้เลยโดยไม่ต้องใช้ทรานซิสเตอร์ภายนอกเพื่อเพิ่มความสอดคล้องในปัจจุบันของเอาต์พุต2V10mA

[คุณอาจจะทราบว่าการคำนวณข้างต้นที่กระแสการจมใกล้เคียงกับกระแสการจัดหาปรากฏขึ้นเพื่อแสดงค่าความต้านทานสองค่าที่มีค่าประมาณสามค่าจากกัน (ประมาณ vs ) นี่อาจเป็น ไม่เหมือนกันกับความแตกต่างของการเคลื่อนไหวที่ฉันพูดถึงตั้งแต่แรกว่าระหว่าง P-channel และ N-channel mosfets]50Ω150Ω


สวัสดีจอนโปรดดูความคิดเห็นของฉันเป็นตัวอย่างให้แลงด้านล่างและพิจารณาอีกครั้ง มันยุติธรรมที่จะกล่าวว่า MCU เคยเป็นแบบนั้นและชิปตรรกะโดยทั่วไป แต่ไม่ใช่ในทุกวันนี้ Microchip ดูเหมือนจะเป็นข้อยกเว้นที่คุณทั้งคู่มอง แต่พวกเขาแทบจะไม่ได้รับความสนใจจากตลาดที่นั่น :-)
TonyM

@TonyM ฉันได้ทำการทดสอบอุปกรณ์ที่นับไม่ถ้วนเมื่อสิบปีก่อน - จาก MSP430 ถึงอุปกรณ์ Microchip PIC ในขณะที่ในหลายกรณี MCUs มีอากาศมากใกล้ชิดในแหล่งที่มาเทียบกับความสามารถในอ่างมีเพียงกรณีหนึ่งที่ผมพบว่าความสามารถในแหล่งที่เท่ากับหรือเกินกว่าความสามารถในอ่างล้างจาน และนั่นก็คืออุปกรณ์ที่มีการระบุและใช้งานเพียง PIN เดียวเท่านั้น มิฉะนั้นพวกเขาทั้งหมดแสดงให้เห็นถึงไดรฟ์ที่ต่ำกว่า ไม่ถึงจุดตัวอย่างอุปกรณ์ที่ฉันให้ แต่ไกลพอที่จะรู้ ตัวอย่างเช่น MSP430 มีประมาณ 60 ohm sink และประมาณ 100 ohm source
jonk

@TonyM ดังนั้นในขณะที่รายละเอียดแตกต่างกันไปแน่นอนและอุปกรณ์บางอย่างจะเข้าใกล้ (ใกล้มากขึ้นในบางครั้ง) กว่าที่อื่น ๆ จุดยังคงอยู่ คุณมีอุปกรณ์เฉพาะที่ให้รายละเอียดของเส้นโค้งเหนืออ่างล้างจานและกระแสน้ำที่ฉันอาจตรวจสอบเพื่อปรับปรุงคำตอบของฉันที่นี่หรือไม่? สมมติว่าอุปกรณ์ที่เลือกต้องทำงานกับเพื่อให้ฉันสามารถเก็บแอปเปิ้ลไว้กับแอปเปิ้ลได้ ฉันสนุกกับการปรับปรุงคำตอบ VCC=3V
jonk

ตอนนี้คุณถามฉันปิดพวกเขาทั้งหมด ดูที่ส่วน Silicon Labs และโดยปกติแล้วเอกสารข้อมูลของ NXP นั้นดีฉันจะต้องตรวจสอบอีกครั้ง แต่ตัวอย่างของฉันแสดงให้เห็นว่าชิปตรรกะในปัจจุบันมีความสมดุลและมีเพียงการขุดลึกที่คุณพบว่าไม่สมดุล คุณสามารถแขวน LED ได้อย่างชัดเจนทั้งสองทางปิดเอาต์พุตเหล่านี้และพวกมันจะทำงานได้ดี เอาท์พุทไม่จำเป็นต้องมีความสมดุลอย่างแม่นยำจริง ๆ เพื่อดูว่าตรรกะเก่าได้หายไปเช่น 74LS เอาต์พุตที่มี 1.6 mA sink และ 0.4 mA source, อัตราส่วน 4 ต่อ 1 ดังนั้นจึงไม่สามารถบอกได้ว่าประเด็นยังคงอยู่ส่วนใหญ่เป็นเพียงนิสัยเก่าที่แพร่หลาย เว้นแต่ว่าคุณจะรัก Microchip เพียง :-)
TonyM

@TonyM ประเด็นของฉันคือเพิ่มเติมเกี่ยวกับการมองหาเอกสารข้อมูลและทำการตรวจสอบสติที่เกี่ยวข้อง แม้ว่ามันจะไม่สมเหตุสมผลที่จะคาดการณ์ความแตกต่าง และถ้าคุณมีทางเลือกคุณอาจพบว่ามันปลอดภัยขึ้นเล็กน้อยเมื่อใช้ active-LOW แม้วันนี้ แต่ตรวจสอบเสมอ !! เห็นได้ชัดว่าสำหรับบางแอปพลิเคชัน (เช่น LED) มันมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นมากกว่า 20 ปีที่แล้ว แต่ OP กำลังถามเกี่ยวกับ "ทำไม" พวกเขาค้นหาสิ่งที่พบ คำตอบของฉันคือคำตอบสำหรับคำถามนั้น ฉันยังต้องการเห็นเส้นโค้ง (ไม่ใช่แถวของตาราง) ของอุปกรณ์บางตัวที่ 3V
jonk

19

เป็นเรื่องปกติพอสมควร (แม้ว่าจะไม่เหมือนที่เคยเป็นมา) ไมโครคอนโทรลเลอร์ขาออกสามารถจมกระแสในสถานะที่ต่ำกว่าที่พวกเขาสามารถกำเนิดในสถานะที่สูงได้ เป็นผลให้นักออกแบบคุ้นเคยกับการใส่ LED หรือสิ่งอื่นใดที่ต้องการกระแสสูง (สำหรับพินไมโครคอนโทรลเลอร์) ระหว่างกำลังไฟและเข็มแทนที่จะอยู่ระหว่างกราวด์และพิน เมื่อไมโครมีความสามารถในการกำเนิด / ซิงก์แบบสมมาตรก็ไม่จำเป็น แต่ก็ไม่เป็นอันตรายเช่นกัน

ตัวอย่างเช่นนี่คือตัวอย่างข้อมูลจากแผ่นข้อมูล PIC 16F1459 (เป็นส่วนหนึ่งของการผลิตล่าสุดที่สำคัญและแน่นอน):

หมายเหตุวิธีกระแสสำหรับเอาท์พุทแรงดันไฟฟ้าต่ำกรณีที่มีความสูงกว่าที่แรงดันเดียวกันกว่าสำหรับเอาท์พุทแรงดันสูงกรณี และกระแสซิงค์จะถูกระบุสำหรับการเพิ่มขึ้น 600 mV ในขณะที่กระแสต้นทางสำหรับการลดลง 700 mV สรุปแล้วไมโครนี้มีไดร์เวอร์ด้านล่างที่แข็งแกร่งกว่าบนพิน I / O ปกติ

ไมโครสโคปรุ่นใหม่จำนวนมากมีความสมมาตรโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ไม่มีความสามารถในการรับ / ส่งข้อมูลในตอนแรก

เมื่อ LED ต้องการกระแสมากกว่าเอาท์พุทดิจิตอลสามารถจัดการได้หรืออย่างน้อยก็มากกว่าที่คุณต้องการที่จะให้มันจัดการคุณต้องใช้ทรานซิสเตอร์ภายนอก สวิตช์ด้านข้างต่ำเป็นทางเลือกที่เป็นธรรมชาติและเรียบง่าย LED จะเชื่อมต่อระหว่างพลังงานและทรานซิสเตอร์นี้


1
สวัสดีการแก้ไขสำหรับคำตอบของคุณ: [ เป็นเรื่องปกติที่ขาไมโครคอนโทรลเลอร์จะจมกระแสในสถานะที่ต่ำกว่าที่พวกเขาสามารถกำเนิดในสถานะที่สูงได้ ไมโครคอนโทรลเลอร์ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมามีเอาท์พุทที่สมดุลที่มาเท่าที่พวกเขาจม ] ฉันเห็นด้วยอย่างสมบูรณ์มันเป็นกรณีที่มี 8048, 8051, 6811 และ old'uns ทั้งหมด แต่ไม่เช่นนั้นกับสิ่งที่โพสต์ เหมือนแขนทั้งหมด ขอบคุณ
TonyM

1
@ โทนี่: แหล่งที่มาที่ไม่สมดุล / อ่างล้างจานยังคงเป็นเรื่องปกติแม้ว่าจะน้อยกว่าที่เคยเป็น ฉันเพิ่งตรวจสอบหนึ่งในชิ้นส่วน PIC 16F1xxx (16F1359 โดยเฉพาะ) ซึ่งค่อนข้างใหม่ ด้วย 5 V Vdd ผลผลิตสูงสามารถมา 3.5 mA ด้วยการลดลง 700 mV เอาต์พุตต่ำสามารถจม 8 mA ด้วยการปล่อย 600 mV สิ่งนี้อยู่ไกลจากไปแม้ในไมโครสมัยใหม่
Olin Lathrop

1
PIC16F1xxxx เป็นการอัปเกรดจากสาย PIC16Fxxx เก่า แต่ยังคงเป็นเทคโนโลยีโบราณ พวกมันใกล้เคียงกันมากที่สุดโดยมีค่าความคลาดเคลื่อน 25% และ 1 / Vdd ไว
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

1
ขอบคุณที่มอง แต่ส่วน Microchip ทำให้เข้าใจผิด ฉันค้นหา: NXP P89LPC933 (8051, 2004) ด้วย Iol = Ioh = 20 mA; NXP LPC1111 (ARM, 2010) ด้วย Iol = Ioh = 4 mA; TI OMAP5910 พร้อม Iol = Ioh = เดียวกัน (กำหนดค่าได้) mA; TI TMS320C620 พร้อม Iol = Ioh = 8 mA; Silicon Labs EFM32GG380 (2014) ด้วย Iol = Ioh = เดียวกัน (กำหนดค่าได้) mA ไม่สนใจ '-' บนอ่างล้างมือ อาจจะดำเนินต่อไปได้อย่างรวดเร็วเพียง 5 นาทีในห้องสมุดแผ่นข้อมูลของฉัน ... โดยส่วนตัวฉันไม่ได้เห็นหนึ่งที่ไม่สมดุลในทศวรรษ โปรดคุณสามารถแก้ไขคำตอบของคุณคล้ายกับความคิดเห็นก่อนหน้าของฉันได้ดีเพื่อให้ภาพเต็มและไม่เป็นอันตรายต่อคำตอบของคุณ
TonyM

1
@OlinLathrop "6F1xxx ซีรี่ส์เป็นผลสืบเนื่องล่าสุดของซีรี่ส์ 16Fxxx เก่า" ใช่ฉันรู้เรื่องนี้แล้ว แต่พวกเขาเลือกที่จะไม่อัปเกรดข้อกำหนด RdsOn เพื่อให้ Vol, Voh เหมือนกันดังนั้น Q จะไม่เปลี่ยนแปลงในการออกแบบบอร์ดเก่าซึ่งมีผลต่อลักษณะการลอกและเสียงกริ่ง การเปลี่ยนไดรเวอร์ Z ครึ่งบนแทร็กอิมพิแดนซ์ที่ไม่สามารถควบคุมได้ (read inductive) อาจทำให้เกิดขอบปลอมจากเสียงเรียกเข้า) ดังนั้นรายละเอียดไดรเวอร์สำหรับรุ่นปู่สำหรับผู้ใช้งานที่ max f.clk Q = 2pi * f * L (f) / ESR สำหรับไดรฟ์ต้นทาง
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

9

โดยการใช้การออกแบบแบบเลื่อนลงมันเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนอุปกรณ์ (เช่น LED) ด้วยแหล่งจ่ายไฟ 5V ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์1.8V แต่ 5Vตัวต้านทานที่ไม่มีส่วนประกอบภายนอกใด ๆ

เมื่อพิน (กำหนดค่าแบบ open-drain) ไม่ถูกดึงลงมันจะลอยเนื่องจากไม่มีกระแสไฟฟ้าถูกดึงแรงดันไฟฟ้าจะลอยไปที่แรงดันไฟจ่ายของไฟ led เพื่อ 5V นี่เป็นสิ่งที่โอเคสำหรับบางคน แต่ไม่ใช่ไมโครโวลต์ต่ำทั้งหมด

วิธีนี้คุณสามารถเรียกใช้ไฟ LED จากสายจ่ายโดยตรงและใช้ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าสำหรับไมโคร นี่เป็นวิธีเดียวที่จะใช้เช่น ไฟ LED สีน้ำเงินบนไมโคร 1.8v โดยไม่ต้องเพิ่มส่วนประกอบเพิ่มเติม

ตัวอย่างเช่นพินของซีรีย์ NXP LPC81xM นั้นทนทานต่อไฟได้ 5 โวลต์เมื่อใช้พลังงานจากไมโครแม้ที่ระดับ 1.8 โวลต์

ชุดข้อมูลของ NXP LPC81xM

ตัดตอนมาจากแผ่นข้อมูล


0

เพราะmosfet ท่อระบายน้ำแบบเปิดโดยทั่วไปจะจมกระแสมากกว่าแรงกดและบางครั้งก็ทนต่อช่วงแรงดันไฟฟ้าที่กว้างขึ้น การใช้ LED ที่มีท่อระบายน้ำเปิดใช้งานได้เฉพาะกับการกำหนดค่าที่ใช้งานต่ำ ขึ้นอยู่กับไมโครแม้ว่าบางคนเป็นเพียงการผลักดึง

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.