Sollevare e abbassare la resistenza

Cos'è il resistore?

I resistori sono dispositivi di limitazione della corrente utilizzati in abbondanza nei circuiti e nei prodotti elettronici. È un componente passivo che fornisce resistenza quando la corrente lo attraversa. Esistono molti tipi diversi di resistenze. La resistenza è misurata in Ohm con un segno di Ω.

Cosa sono i resistori pull-up e pull-down e perché ne abbiamo bisogno?

Se consideriamo un circuito digitale, i pin sono sempre 0 o 1. In alcuni casi, dobbiamo cambiare lo stato da 0 a 1 o da 1 a 0. In entrambi i casi, dobbiamo tenere il pin digitale 0 e quindi cambiare lo stato a 1 o dobbiamo tenerlo 0 e poi passare a 1. In entrambi i casi, dobbiamo rendere il pin digitale " Alto " o " Basso " ma non può essere lasciato fluttuante.

Quindi, in ogni caso, lo stato viene modificato come mostrato di seguito.

Ora, se sostituiamo i valori High e Low con il valore di tensione effettivo, High sarà il livello logico HIGH (diciamo 5V) e Low sarà la massa o 0v.

Un resistore pull-up viene utilizzato per rendere lo stato predefinito del pin digitale alto o al livello logico (nell'immagine sopra è 5V) e un resistore pull-down fa esattamente l'opposto, rende lo stato predefinito del digitale pin come Basso (0V).

Ma perché abbiamo bisogno di quei resistori invece potremmo collegare i pin della logica digitale direttamente alla tensione del livello Logic o con la massa come nell'immagine qui sotto?

Bene, non potremmo farlo. Poiché il circuito digitale funziona a bassa corrente, collegare i pin logici direttamente alla tensione di alimentazione o alla terra non è una buona scelta. Poiché il collegamento diretto alla fine aumenta il flusso di corrente proprio come il corto circuito e potrebbe danneggiare il circuito logico sensibile che non è consigliabile. Per controllare il flusso di corrente, abbiamo bisogno di quei resistori pull-down o pull-up. Un resistore di pull-up consente il flusso di corrente controllato dalla sorgente di tensione di alimentazione ai pin di ingresso digitale, dove i resistori di pull-down potrebbero controllare efficacemente il flusso di corrente dai pin digitali a terra. Allo stesso tempo, entrambi i resistori, i resistori pull-down e pull-up mantengono lo stato digitale Basso o Alto.

Dove e come utilizzare i resistori pull-up e pull-down

Facendo riferimento all'immagine del microcontrollore sopra, in cui i pin della logica digitale sono in cortocircuito con la massa e VCC, potremmo cambiare la connessione usando resistori pull-up e pull-down.

Supponiamo di aver bisogno di uno stato logico predefinito e di voler cambiare lo stato con qualche interazione o periferiche esterne, usiamo resistori pull-up o pull-down.

Resistori di pull-up

Se abbiamo bisogno dello stato alto come predefinito e vogliamo cambiare lo stato in Basso con qualche interazione esterna, possiamo usare il resistore di pull-up come l'immagine qui sotto-

Il pin di ingresso logico digitale P0.5 può essere commutato da logica 1 o alta a logica 0 o bassa utilizzando l'interruttore SW1. Il resistore R1 agisce come un resistore di pull-up. È collegato con la tensione logica dalla fonte di alimentazione di 5V. Quindi, quando l'interruttore non viene premuto, il pin di ingresso logico ha sempre una tensione predefinita di 5 V o il pin è sempre alto fino a quando l'interruttore non viene premuto e il pin viene cortocircuitato a massa rendendolo logico basso.

Tuttavia, come abbiamo affermato, il pin non può essere direttamente cortocircuitato a massa o Vcc in quanto ciò alla fine danneggerà il circuito a causa della condizione di cortocircuito, ma in questo caso viene nuovamente cortocircuitato a terra usando l'interruttore chiuso. Ma, guarda attentamente, in realtà non viene cortocircuitato. Perché, secondo la legge degli ohm, a causa della resistenza di pull-up, una piccola quantità di corrente fluirà dalla sorgente alle resistenze e all'interruttore e quindi raggiungerà il suolo.

Se non utilizziamo questo resistore di pull-up, l'uscita verrà direttamente cortocircuitata a terra quando viene premuto l'interruttore, d'altra parte, quando l'interruttore sarà aperto il pin del livello logico sarà flottante e potrebbe rendere alcuni indesiderabili risultato.

Resistenza di pull down

La stessa cosa vale per la resistenza pull-down. Considera la connessione seguente in cui è mostrata la resistenza pull-down con la connessione-

Nell'immagine sopra, sta accadendo esattamente l'opposto. La resistenza di pull-down R1 che è collegata a terra o 0V. Così facendo il pin del livello logico digitale P0.3 come default 0 fino a quando l'interruttore viene premuto e il pin del livello logico diventa alto. In tal caso, la piccola quantità di corrente fluisce dalla sorgente 5V a terra utilizzando l'interruttore chiuso e la resistenza di pull-down, impedendo quindi al pin del livello logico di andare in cortocircuito con la sorgente 5V.

Quindi, per vari circuiti a livello logico, possiamo usare resistori pull-up e pull-down. È più comune in vari hardware embedded, un sistema di protocollo a filo, connessioni periferiche in un microchip, Raspberry Pi, Arduino e vari settori embedded, nonché per gli ingressi CMOS e TTL.

Calcolo dei valori effettivi per resistori pull-up e pull-down

Ora, poiché sappiamo come utilizzare i resistori pull-up e pull-down, la domanda è: quale sarà il valore di quei resistori? Tuttavia, in molti circuiti di livello logico digitale possiamo vedere resistori pull-up o pull-down che vanno da 2k a 4.7k. Ma quale sarà il valore effettivo?

Per capirlo, dobbiamo sapere qual è la tensione logica? Quanta tensione è indicata come Logica bassa e Quanto è indicata come Logica alta?

Per vari livelli logici, vari microcontrollori utilizzano un intervallo diverso per la logica alta e la logica bassa.

Se consideriamo un ingresso di livello Transistor-Transistor Logic (TTL), il grafico sottostante mostrerà la tensione logica minima per la determinazione logica alta e la tensione logica massima per rilevare la logica come 0 o Bassa.

Come possiamo vedere, che per la logica TTL, la tensione massima di 0 logico è 0.8V. Quindi, se forniamo meno di 0,8 V il livello logico sarà accettato come 0. D'altra parte, se forniamo più di 2 V al massimo 5,25 V la logica sarà accettata come Alta. Ma tra 0,8 V e 2 V, è una regione vuota, a quella tensione non è possibile garantire che la logica venga accettata come Alta o Bassa. Quindi, per sicurezza, nell'architettura TTL, accettiamo da 0 V a 0,8 V come Basso e da 2 V a 5 V come Alto, il che è garantito che Basso e Alto saranno riconosciuti dai chip logici a quella tensione marginale.

Per determinare il valore, la formula è semplice legge di Ohm. Secondo la legge degli ohm, la formula è

V = I x R R = V / I

Nel caso del resistore di pull-up, la V sarà la tensione sorgente - tensione minima accettata come alta.

E la corrente sarà la corrente massima assorbita dai pin logici.

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

Dove V _supply è la tensione di alimentazione, V _{H (min)} è la tensione minima accettata come Alta e I _sink è la corrente massima assorbita dal pin digitale.

La stessa cosa è applicabile al resistore pull-down. Ma la formula ha un leggero cambiamento.

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

Dove (V _{L (max)} la tensione massima è accettata come bassa logica, e I _source è la corrente massima generata dal pin digitale.

Esempio pratico

Supponiamo di avere un circuito logico in cui la fonte di alimentazione è 3,3 V e l'alta tensione logica accettabile è 3 V, e potremmo assorbire una corrente massima di 30uA, quindi possiamo scegliere il resistore di pull-up usando la formula in questo modo-

Ora, se consideriamo lo stesso esempio sopra riportato, in cui il circuito accetta 1V come bassa tensione logica massima e potrebbe generare fino a 200uA di corrente, il resistore di pull-down sarà,

Maggiori informazioni sui resistori pull-up e pull-down

Oltre ad aggiungere resistenze pull-up o pull-down, il microcontrollore moderno supporta resistenze pull-up interne per pin I / O digitali presenti all'interno dell'unità microcontrollore. Sebbene nella maggior parte dei casi si tratti di un pull-up debole, significa che la corrente è molto bassa.

Spesso, abbiamo bisogno di tirare su più di 2 o 3 pin di ingresso-uscita digitali, in tal caso viene utilizzata una rete di resistori. È facile da integrare e fornisce un numero di pin inferiore.

Si chiama rete di resistori o resistori SIP.

Questo è il simbolo della rete di resistenze. Il pin 1 è collegato ai pin del resistore, questo pin deve essere collegato a VCC per il pull-up oa terra per scopi di pull-down. Utilizzando questo resistore SIP, i singoli resistori vengono eliminati riducendo così il numero di componenti e lo spazio nella scheda. È disponibile in vari valori, che vanno da pochi ohm a kilo-ohm.