Làm rõ điện trở kéo lên

Tôi còn khá mới mẻ với thiết bị điện tử và tôi đang gặp khó khăn trong việc hiểu nguyên lý "điện trở kéo lên". Tôi đã đọc rất nhiều bài viết về điều đó, và tôi nghĩ rằng tôi đã có nó nhưng tôi không chắc chắn 100% nên tôi có một câu hỏi. Trong bài viết này , sau hình ảnh đầu tiên, nó nói:

Khi nhấn nút tạm thời, nó kết nối chân I / O với Vcc và vi điều khiển sẽ đăng ký đầu vào ở mức cao.

Nhưng tôi không hiểu. VCC ở đâu? Từ những gì tôi thấy, không có nguồn điện nào trên lược đồ này, chỉ có một vi điều khiển được nối với một nút có cả hai dây nối đất để làm thế nào có thể có bất kỳ điện áp nào trong mạch này?

Bài viết có vẻ khá khó hiểu: văn bản và số liệu không khớp. Tôi sẽ cố gắng trình bày ở đây ba sơ đồ giống như ở đó, với hy vọng một lời giải thích phù hợp hơn.

Giả sử U1 là vi điều khiển của bạn và P1 là chân I / O được định cấu hình làm đầu vào. (Thực sự có thể là bất kỳ cổng logic nào.) Các kết nối khác với U1 không liên quan nên không được hình dung, nhưng giả sử nó có kết nối nguồn và các nhu cầu thiết yếu khác.

(1) Nếu nhấn nút, cổng P1 được kết nối với mặt đất và sẽ cảm nhận mức logic thấp. Nhưng khi nút được phát hành, cổng không được kết nối ở bất cứ đâu, mà là nổi . Không có điện áp xác định, do đó, ngay cả nhiễu nhỏ cũng có thể khiến đầu vào kỹ thuật số chuyển từ giá trị này sang giá trị khác. Nó cũng có thể dao động, và làm tăng mức tiêu thụ điện năng. Không tốt.

(2) Bây giờ, khi không nhấn nút, cổng sẽ cảm nhận mức cao, vì nó được kết nối trực tiếp với Vcc. Nhưng nếu nhấn nút, Vcc bị ngắn mạch xuống đất và nguồn điện có thể sẽ bị cháy và chết. Thậm chí tệ hơn.

(3) Ở đây, nếu không nhấn nút, cổng sẽ lại cảm nhận mức logic cao: nó được kéo lên cao qua điện trở. (Không có tổn thất điện áp trên điện trở, vì trở kháng của đầu vào kỹ thuật số rất cao, và do đó dòng điện tới cổng xấp xỉ bằng không.)

Khi nhấn nút, cổng được kết nối trực tiếp với mặt đất, do đó, nó cảm nhận được mức thấp. Bây giờ, một dòng điện sẽ chạy từ Vcc xuống đất, nhưng điện trở sẽ giới hạn nó ở một cái gì đó hợp lý. Điều này là tốt

Trong sơ đồ này, một nút không được nhấn là giá trị cao (1) và nút nhấn sẽ đọc là thấp (0). Điều này được gọi là logic thấp hoạt động . Hoán đổi điện trở và công tắc sẽ đảo ngược điều này, để một nút không nhấn sẽ đọc ở mức thấp (0) và nút nhấn là cao (1). ( logic hoạt động cao .)

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Một điện trở kéo lên hoặc kéo xuống "giữ" đầu vào ở một mức cụ thể khi không có đầu vào cho pin, thay vì cho phép đầu vào nổi.

Khi bạn xem Hình 1 trong bản vẽ của mình, việc mở công tắc sẽ không cung cấp kết nối điện với pin, do đó cho phép nhiễu lạc, rò rỉ bên trong, vv ảnh hưởng đến điện áp của pin đầu vào. Những ảnh hưởng bên ngoài này có thể khiến đầu vào được hiểu là giá trị dao động, gây ra dao động không mong muốn hoặc đầu ra không mong muốn.

Vì vậy, để đảm bảo pin được giữ ở trạng thái "đã biết", nó cần phải luôn được kết nối với VCC hoặc GND. Xem hình 2. Tuy nhiên, có một vấn đề: nếu bạn kết nối pin với VCC để giữ nó ở trạng thái "cao", sau đó kết nối công tắc của bạn với GND và nhấn công tắc, bạn tạo một đoạn ngắn trực tiếp! Bạn sẽ thổi cầu chì, làm hỏng nguồn điện, đốt thứ gì đó, v.v.

Vì vậy, thay vì kết nối đầu vào trực tiếp với VCC hoặc GND, bạn có thể kết nối đầu vào thông qua một điện trở kéo lên / kéo xuống. Trong hình 3, họ sử dụng điện trở kéo lên, kết nối đầu vào với VCC.

Khi không có đầu vào nào khác trên chân, dòng điện gần như bằng 0 chạy qua điện trở kéo lên. Vì vậy, có rất ít điện áp rơi trên nó. Điều này cho phép nhìn thấy toàn bộ điện áp VCC ở chân đầu vào. Nói cách khác, pin đầu vào được giữ ở mức "cao".

Khi công tắc của bạn được đóng, điện trở đầu vào và kéo lên được kết nối với GND. Một số hiện tại bắt đầu chảy qua kéo lên. Nhưng vì nó có điện trở cao hơn nhiều so với dây dẫn đến GND, nên hầu như tất cả điện áp đều giảm trên điện trở kéo lên, làm cho ~ 0 volt xuất hiện ở chân đầu vào.

Bạn sẽ chọn một điện trở có giá trị tương đối cao để giới hạn dòng điện ở mức giá trị hợp lý, nhưng không quá cao để vượt quá điện trở trong của đầu vào.

Các điện trở kéo lên cho phép bạn giữ đầu vào ở trạng thái đã biết khi không có đầu vào, nhưng vẫn cho phép bạn linh hoạt để nhập tín hiệu mà không tạo ra tín hiệu ngắn.

Bài báo gây nhầm lẫn nhưng đây là ý chính. Biến tần có trở kháng đầu vào cao và không nên để nổi vì nó có thể giả sử logic 0 hoặc logic 1 hoặc dao động giữa hai.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

• (a) Nếu không có sự kéo lên, chúng tôi sẽ yêu cầu một công tắc thay đổi để thay thế giữa Vss và GND (mặt đất). Sự sắp xếp này sẽ chuyển đổi đầu vào một cách chắc chắn theo cách này hay cách khác nhưng có một vấn đề trong quá trình chuyển đổi các tiếp điểm công tắc khi đầu vào nổi trong giây lát. Điều này có thể làm cho nó dao động khi có nhiễu điện từ (EMI), ví dụ.
• (b) giải quyết hai vấn đề: nó sử dụng một công tắc đơn giản hơn và trong trường hợp không đóng công tắc, đầu vào được kéo lên cao. Khi đóng công tắc, đầu vào được kéo xuống thấp.
• (c) cho thấy sự sắp xếp tương tự ngược lại. Công tắc mở kéo thấp.

Sự sắp xếp trong (b) là phổ biến hơn vì nhiều thiết bị logic IC có điện trở kéo lên bên trong dẫn đến số lượng thành phần và diện tích PCB thấp hơn khi sử dụng sắp xếp này.

Lưu ý rằng sức mạnh và mặt đất được giả định trong nhiều sơ đồ. Ví dụ, trong trường hợp cổng logic, có một kết nối Vss và nối đất chung cho 2, 4 hoặc 6 cổng logic. Sẽ không có ý nghĩa khi hiển thị chúng cho mỗi cổng để chúng được giả định hoặc hiển thị riêng biệt với các tụ tách rời đi kèm của chúng ở nơi khác trên sơ đồ.

Chà, đó là một cổng KHÔNG nên tôi đoán chúng ta nên tưởng tượng một chân I / O được kết nối trong đó đèn LED được hiển thị không chính xác mà không có điện trở nối tiếp. Khi bạn kết nối đầu vào với mặt đất, đầu ra sẽ chuyển đến Vcc (cũng có thể được gọi là Vdd, đây là một câu chuyện khác).

Nó khá bình thường để không hiển thị các chân nguồn trên các cổng logic. Điều này chỉ để giảm sự lộn xộn trong sơ đồ. Lưu ý rằng chân nguồn trên mặt đất của cổng logic cũng không được hiển thị.

Điều này có một chút khó hiểu (ẩn các chân) khi bạn có các điện áp logic hỗn hợp như 1.8, 3.3 và 5V trên cùng một bảng, vì vậy tôi không tự làm điều đó thường, nhưng nó đã tiết kiệm được một mớ lộn xộn trong những ngày halcyon khi mọi thứ chạy từ 5V.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Điện trở kéo lên hoặc kéo xuống có nghĩa là để cố định mức logic (0 tại GND hoặc 1 tại VCC). Các điện trở có trở kháng cao hơn mà nút. Khi bạn nhấn nút, mức có thể thay đổi (nếu có dây bị hỏng).

"Cổng không" đại diện cho MCU trong các số liệu là rất cơ bản và tác giả đã cung cấp nguồn cung cấp VCC. Tất nhiên trong hình 2 và 3 Vcc có mặt và được kết nối tốt.

Các tình cảm bạn đã chọn là để giải thích logic "hoạt động cao". Cái tương ứng với hình 1 là

Sử dụng điện trở kéo lên, chân I / O thường sẽ thấy mức logic cao và khi nhấn nút, nó sẽ thấy mức thấp

Do các đầu vào nổi trên CMOS có thể bị rò rỉ đến các mức đầu vào sai nên dễ bị nhiễu, nên một đầu vào R được kéo lên ẩn trong cổng đầu vào uC có chuyển sang nối đất hoặc lệch R bên ngoài sang một đường ray cung cấp Vdd hoặc Vss và chuyển sang đường sắt đối diện.