เหตุใดไฟ LED ในการออกแบบที่ฝังตัวส่วนใหญ่จึงกลับด้าน

36

ฉันสังเกตเห็นว่าในบอร์ดการประเมินทั้งหมดของฉันที่ฉันมีถึงจุดนี้ในเวลา ไฟ LED ทั้งหมดเชื่อมต่อกันในระดับที่ต่ำไปยังพอร์ตไมโครคอนโทรลเลอร์ ฉันเข้าใจว่าจากมุมมองด้านความปลอดภัยจะดีกว่าถ้ามี RESET ที่ต่ำและเช่นนั้น แต่ทำไมไฟ LED?

led embedded

— ใคร ๆ
แหล่งที่มา

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

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 : $V_{CC}=3\:\textrm{V}$

แผนภูมินี้แสดงให้เห็นถึงแรงดันขาออกสูง (แกนแนวตั้ง) และกระแสสูงสุดจากการจัดหา (แกนแนวนอน) รวมถึงเมื่อ CPU ใช้ : $V_{CC}=3\:\textrm{V}$

คุณสามารถเห็นได้อย่างง่ายดายว่าพวกเขาไม่สนใจที่จะแสดงความสามารถในการจมแบบเดียวกันกับการจัดหาความสามารถในปัจจุบัน

หากต้องการอ่านให้เลือกกระแสที่มีขนาดใกล้เคียงกันบนแผนภูมิทั้งสอง (ยากมากใช่ไหม) ลองเลือกในแผนภูมิแรกและบน อันที่สอง. (ใกล้ที่สุดเท่าที่เราจะทำได้) คุณจะเห็นว่า PIC12F519 โดยปกติจะลดลงประมาณในอันแรกแนะนำความต้านทานภายในประมาณ46 ในทำนองเดียวกันคุณจะเห็นว่า PICF519 โดยปกติแล้วจะลดลงประมาณในแผนภูมิที่สองแนะนำการต้านทานภายในที่ประมาณ $5\:\textrm{mA}$ $4\:\textrm{mA}$ $230\:\textrm{mV}$ $R_{LOW}=\frac{230\:\textrm{mV}}{5\:\textrm{mA}}\approx 46\:\Omega$ $600\:\textrm{mV}$ $R_{HIGH}=\frac{600\:\textrm{mV}}{4\:\textrm{mA}}\approx 150\:\Omega$ . ไม่คล้ายกันมาก (หมายเหตุ: ฉันดึงข้อมูลจากเส้นโค้งเป็นเวลา ) $25^\circ\textrm{C}$

ดังนั้นถ้าคุณออกแบบ MCU นี้เป็นวงจรที่คุณต้องการขับLEDที่ประมาณคุณจะวางสายอย่างไร เป็นที่ชัดเจนว่าคุณจะต้องพิจารณา LOW เป็น ON เนื่องจากเป็นวิธีเดียวที่แผ่นข้อมูลบอกว่าคุณอาจประสบความสำเร็จได้เลยโดยไม่ต้องใช้ทรานซิสเตอร์ภายนอกเพื่อเพิ่มความสอดคล้องในปัจจุบันของเอาต์พุต $2\:\textrm{V}$ $10\:\textrm{mA}$

[คุณอาจจะทราบว่าการคำนวณข้างต้นที่กระแสการจมใกล้เคียงกับกระแสการจัดหาปรากฏขึ้นเพื่อแสดงค่าความต้านทานสองค่าที่มีค่าประมาณสามค่าจากกัน (ประมาณ vs ) นี่อาจเป็น ไม่เหมือนกันกับความแตกต่างของการเคลื่อนไหวที่ฉันพูดถึงตั้งแต่แรกว่าระหว่าง P-channel และ N-channel mosfets] $50\:\Omega$ $150\:\Omega$

— Jonk
แหล่งที่มา

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

V_{C C} = 3 V

$V_{CC}=3\:\textrm{V}$

— 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

— แลงทรอฟ
แหล่งที่มา

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

— Pelle
แหล่งที่มา

0

เพราะmosfet ท่อระบายน้ำแบบเปิดโดยทั่วไปจะจมกระแสมากกว่าแรงกดและบางครั้งก็ทนต่อช่วงแรงดันไฟฟ้าที่กว้างขึ้น การใช้ LED ที่มีท่อระบายน้ำเปิดใช้งานได้เฉพาะกับการกำหนดค่าที่ใช้งานต่ำ ขึ้นอยู่กับไมโครแม้ว่าบางคนเป็นเพียงการผลักดึง

— แรงดันไฟฟ้า
แหล่งที่มา