Τραβήξτε προς τα πάνω και τραβήξτε προς τα κάτω την αντίσταση

Τι είναι το Resistor;

Οι αντιστάσεις είναι συσκευές περιορισμού ρεύματος και χρησιμοποιούνται άφθονα σε ηλεκτρονικά κυκλώματα και προϊόντα. Είναι ένα παθητικό στοιχείο που παρέχει αντίσταση όταν το ρεύμα διατρέχει. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι αντιστάσεων. Η αντίσταση μετριέται σε Ohm με ένα σημάδι Ω.

Τι είναι η αντίσταση Pull-up και Pull-Down και γιατί τα χρειαζόμαστε;

Εάν λάβουμε υπόψη ένα ψηφιακό κύκλωμα, οι ακίδες είναι πάντα 0 ή 1. Σε ορισμένες περιπτώσεις, πρέπει να αλλάξουμε την κατάσταση από 0 σε 1 ή από 1 σε 0. Σε κάθε περίπτωση, πρέπει να κρατήσουμε τον ψηφιακό ακροδέκτη είτε 0 και μετά να αλλάξουμε την κατάσταση σε 1 ή πρέπει να την κρατήσουμε 0 και μετά να αλλάξουμε σε 1. Και στις δύο περιπτώσεις, πρέπει να φτιάξουμε τον ψηφιακό ακροδέκτη είτε « Υψηλό » είτε « Χαμηλό », αλλά δεν μπορεί να αφεθεί να αιωρείται.

Έτσι, σε κάθε περίπτωση, η κατάσταση αλλάζει όπως φαίνεται παρακάτω.

Τώρα, αν αντικαταστήσουμε την τιμή High και Low με την πραγματική τιμή τάσης, τότε το High θα είναι το λογικό επίπεδο HIGH (ας πούμε 5V) και το Low θα είναι η γείωση ή 0v.

Μια αντίσταση Pull-up χρησιμοποιείται για να κάνει την προεπιλεγμένη κατάσταση του ψηφιακού πείρου ως Υψηλή ή στο επίπεδο λογικής (στην παραπάνω εικόνα είναι 5V) και μια αντίσταση Pull-Down κάνει ακριβώς το αντίθετο, κάνει την προεπιλεγμένη κατάσταση του ψηφιακού καρφώστε ως Χαμηλό (0V).

Αλλά γιατί χρειαζόμαστε αυτές τις αντιστάσεις αντί να μπορούσαμε να συνδέσουμε τους ψηφιακούς ακροδέκτες λογικής απευθείας με την τάση στάθμης λογικής ή με τη γείωση όπως η παρακάτω εικόνα;

Δεν θα μπορούσαμε να το κάνουμε αυτό. Καθώς το ψηφιακό κύκλωμα λειτουργεί σε χαμηλό ρεύμα, η σύνδεση των ακίδων λογικής απευθείας με την τάση τροφοδοσίας ή τη γείωση δεν είναι καλή επιλογή. Καθώς η άμεση σύνδεση αυξάνει τελικά τη ροή ρεύματος όπως το βραχυκύκλωμα και θα μπορούσε να προκαλέσει ζημιά στο ευαίσθητο λογικό κύκλωμα που δεν συνιστάται. Για τον έλεγχο της τρέχουσας ροής, χρειαζόμαστε αυτές τις αντιστάσεις pull-down ή pull up. Μια αντίσταση pull-up επιτρέπει ελεγχόμενη ροή ρεύματος από την πηγή τάσης τροφοδοσίας προς τους ψηφιακούς πείρους εισόδου, όπου οι αντιστάσεις pull-down θα μπορούσαν αποτελεσματικά να ελέγχουν τη ροή ρεύματος από ψηφιακές ακίδες προς τη γη. Ταυτόχρονα και οι δύο αντιστάσεις, οι αντιστάσεις pull-down και pull-up συγκρατούν την ψηφιακή κατάσταση είτε Χαμηλή είτε Υψηλή.

Πού και πώς να χρησιμοποιήσετε τις αντιστάσεις Pull-up και Pull-down

Αναφερόμενος στην παραπάνω εικόνα μικροελεγκτή, όπου οι ψηφιακοί ακροδέκτες λογικής είναι βραχυκυκλωμένοι με τη γείωση και το VCC, θα μπορούσαμε να αλλάξουμε τη σύνδεση χρησιμοποιώντας αντιστάσεις pull-up και pull-down

Ας υποθέσουμε ότι χρειαζόμαστε μια προεπιλεγμένη κατάσταση λογικής και θέλουμε να αλλάξουμε την κατάσταση με κάποια αλληλεπίδραση ή εξωτερικά περιφερειακά, χρησιμοποιούμε αντιστάσεις pull-up ή pull-down.

Αντίσταση Pull-up

Εάν χρειαζόμαστε την υψηλή κατάσταση ως προεπιλογή και θέλουμε να αλλάξουμε την κατάσταση σε Χαμηλή με κάποια εξωτερική αλληλεπίδραση, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την αντίσταση Pull-up όπως η παρακάτω εικόνα-

Ο ψηφιακός ακροδέκτης εισόδου P0.5 μπορεί να αλλάξει από τη λογική 1 ή το Υψηλό στη λογική 0 ή το Χαμηλό χρησιμοποιώντας το διακόπτη SW1. Η αντίσταση R1 ενεργεί ως αντίσταση pull-up. Συνδέεται με τη λογική τάση από την πηγή τροφοδοσίας 5V. Έτσι, όταν ο διακόπτης δεν πιέζεται, ο λογικός πείρος εισόδου έχει πάντα μια προεπιλεγμένη τάση 5V ή ο πείρος είναι πάντα Υψηλός έως ότου πατηθεί ο διακόπτης και ο πείρος βραχυκυκλωθεί στη γείωση καθιστώντας τον λογικό Χαμηλό.

Ωστόσο, όπως δηλώσαμε ότι ο πείρος δεν μπορεί να βραχυκυκλωθεί απευθείας στη γείωση ή το Vcc, καθώς αυτό τελικά θα κάνει το κύκλωμα να υποστεί ζημιά λόγω της κατάστασης βραχυκυκλώματος, αλλά σε αυτήν την περίπτωση, μειώνεται και πάλι στο έδαφος χρησιμοποιώντας τον κλειστό διακόπτη. Αλλά, κοίτα προσεκτικά, στην πραγματικότητα δεν συντομεύεται. Διότι, σύμφωνα με το νόμο των ωμ, λόγω της αντίστασης έλξης, μια μικρή ποσότητα ρεύματος θα ρέει από την πηγή στις αντιστάσεις και το διακόπτη και στη συνέχεια θα φτάσει στο έδαφος.

Εάν δεν χρησιμοποιήσουμε αυτήν την αντίσταση pull-up, η έξοδος θα βραχυκυκλωθεί απευθείας στο έδαφος όταν πιέζεται ο διακόπτης, από την άλλη πλευρά, όταν ο διακόπτης θα ανοίξει, ο πείρος λογικής στάθμης θα αιωρείται και θα μπορούσε να κάνει κάποιους ανεπιθύμητους αποτέλεσμα.

Τραβήξτε την αντίσταση

Το ίδιο ισχύει και για την αντίσταση Pull-down. Εξετάστε την παρακάτω σύνδεση όπου εμφανίζεται η αντίσταση pull-down με τη σύνδεση-

Στην παραπάνω εικόνα, συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο. Η αντίσταση pull-down R1 που συνδέεται με τη γείωση ή 0V. Έτσι, ο ψηφιακός ακροδέκτης επιπέδου P0.3 ως προεπιλογή 0 έως ότου πατηθεί ο διακόπτης και ο πείρος επιπέδου λογικής έγινε υψηλός. Σε αυτήν την περίπτωση, η μικρή ποσότητα ρεύματος ρέει από την πηγή 5V προς τη γη χρησιμοποιώντας τον κλειστό διακόπτη και την αντίσταση Pull-down, εμποδίζοντας έτσι τον πείρο λογικής στάθμης να βραχυκυκλωθεί με την πηγή 5V.

Έτσι, για διάφορα κυκλώματα επιπέδου λογικής, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αντιστάσεις Pull-up και Pull-down. Είναι πιο συνηθισμένο σε διάφορα ενσωματωμένα υλικά, ένα σύστημα πρωτοκόλλου καλωδίων, περιφερειακές συνδέσεις σε ένα μικροτσίπ, Raspberry Pi, Arduino και διάφορους ενσωματωμένους τομείς, καθώς και για τις εισόδους CMOS και TTL.

Υπολογισμός των πραγματικών τιμών για αντιστάσεις Pull-up και Pull-down

Τώρα, καθώς γνωρίζουμε πώς να χρησιμοποιήσουμε την αντίσταση Pull-up και Pull-down, το ερώτημα είναι ποια θα είναι η αξία αυτών των αντιστάσεων; Αν και, σε πολλά κυκλώματα ψηφιακού επιπέδου λογικής, μπορούμε να δούμε pull-up ή pull-down αντιστάσεις που κυμαίνονται από 2k έως 4,7k. Αλλά ποια θα είναι η πραγματική αξία;

Για να το καταλάβουμε αυτό, πρέπει να γνωρίζουμε ποια είναι η λογική τάση; Πόση τάση αναφέρεται ως λογική χαμηλή και Πόση αναφέρεται ως λογική υψηλή;

Για διάφορα επίπεδα λογικής, διάφοροι μικροελεγκτές χρησιμοποιούν διαφορετικό εύρος για το λογικό υψηλό και το λογικό χαμηλό.

Εάν λάβουμε υπόψη μια είσοδο επιπέδου Transistor-Transistor Logic (TTL), στο παρακάτω γράφημα θα εμφανιστεί η ελάχιστη τάση λογικής για τον υψηλό προσδιορισμό και τη μέγιστη τάση λογικής για την ανίχνευση της λογικής ως 0 ή χαμηλή.

Όπως μπορούμε να δούμε, ότι για τη λογική TTL, η μέγιστη τάση για τη λογική 0 είναι 0,8V. Έτσι, εάν παρέχουμε λιγότερα από 0,8V, το λογικό επίπεδο θα γίνει αποδεκτό ως 0. Από την άλλη πλευρά, εάν παρέχουμε περισσότερα από 2V στο μέγιστο 5,25V, η λογική θα γίνει αποδεκτή ως Υψηλή. Όμως, στα 0,8V έως τα 2V, είναι μια κενή περιοχή, σε αυτήν την τάση δεν είναι εγγυημένο ότι η λογική θα γίνει αποδεκτή ως Υψηλή ή Χαμηλή. Έτσι, για ασφαλή πλευρά, Στην αρχιτεκτονική TTL, δεχόμαστε 0V έως 0,8V ως Low και 2V έως 5V ως High, το οποίο είναι εγγυημένο ότι τα Low και High θα αναγνωρίζονται από τα λογικά τσιπ σε αυτήν την οριακή τάση.

Για να προσδιορίσετε την τιμή, ο τύπος είναι απλός νόμος Ohms. Σύμφωνα με το νόμο του ohms, ο τύπος είναι

V = I x R R = V / Ι

Σε περίπτωση αντίστασης Pull-up, το V θα είναι η τάση πηγής - ελάχιστη τάση αποδεκτή ως υψηλή

Και το ρεύμα θα είναι το μέγιστο ρεύμα που βυθίζεται από τις λογικές ακίδες.

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

Όπου V _{τροφοδοσία} είναι η τάση τροφοδοσίας, το V _{H (min)} είναι η ελάχιστη αποδεκτή τάση ως High και το I _sink είναι το μέγιστο ρεύμα που βυθίζεται από τον ψηφιακό πείρο.

Το ίδιο ισχύει και για την αντίσταση Pull-down. Αλλά ο τύπος έχει μια μικρή αλλαγή.

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

Όπου (V _{L (μέγιστο)} η μέγιστη τάση γίνεται αποδεκτή ως λογική Χαμηλή, και η _πηγή I είναι το μέγιστο ρεύμα που προέρχεται από τον ψηφιακό πείρο.

Πρακτικό παράδειγμα

Ας υποθέσουμε ότι έχουμε ένα λογικό κύκλωμα όπου η πηγή τροφοδοσίας είναι 3,3V και η αποδεκτή υψηλή τάση λογικής είναι 3V και θα μπορούσαμε να βυθίσουμε ένα ρεύμα μέγιστο των 30uA, τότε μπορούμε να επιλέξουμε την αντίσταση pull-up χρησιμοποιώντας τον τύπο όπως αυτόν τον τρόπο-

Τώρα, αν λάβουμε υπόψη το ίδιο παράδειγμα που αναφέρθηκε παραπάνω, όπου το κύκλωμα δέχεται 1V ως τη μέγιστη λογική Χαμηλή τάση και θα μπορούσε να τροφοδοτήσει έως και 200uA ρεύματος τότε η αντίσταση Pull-down θα είναι,

Περισσότερα για τις αντιστάσεις Pull-Up και Pull-Down

Εκτός από την προσθήκη αντίστασης Pull-up ή Pull-down, ο σύγχρονος μικροελεγκτής υποστηρίζει εσωτερικές αντιστάσεις έλξης για ψηφιακές καρφίτσες εισόδου / εξόδου που υπάρχουν μέσα στη μονάδα μικροελεγκτή. Αν και στις μέγιστες περιπτώσεις είναι ένα αδύναμο pull-up, σημαίνει ότι το ρεύμα είναι πολύ χαμηλό.

Συχνά, χρειαζόμαστε τραβήξεις για περισσότερους από 2 ή 3 ψηφιακούς ακροδέκτες εισόδου-εξόδου, στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιείται ένα δίκτυο αντίστασης. Είναι εύκολο να ενσωματωθεί και να παρέχει μικρότερες μετρήσεις ακίδων.

Ονομάζεται δίκτυο αντιστάσεων ή αντιστάσεις SIP.

Αυτό είναι το σύμβολο του διχτυού αντίστασης. Ο πείρος 1 συνδέεται με τους πείρους αντίστασης, αυτός ο πείρος πρέπει να συνδεθεί στο VCC για Pull-Up ή στο Ground για σκοπούς Pull-down. Χρησιμοποιώντας αυτήν την αντίσταση SIP, οι μεμονωμένες αντιστάσεις απομακρύνονται μειώνοντας έτσι τον αριθμό των στοιχείων και το χώρο στην πλακέτα. Διατίθεται σε διάφορες τιμές, από λίγα ωμ έως κιλο-ωμ.