Tại sao đèn LED trên hầu hết các thiết kế nhúng bị đảo ngược?

Tôi nhận thấy rằng trên tất cả các bảng đánh giá của tôi mà tôi đã có đến thời điểm này. Tất cả các đèn LED đều được kết nối ở mức thấp hoạt động với Cổng Vi điều khiển. Tôi hiểu rằng từ quan điểm an toàn, tốt hơn là có các dòng RESET hoạt động thấp và như vậy. Nhưng tại sao đèn LED?

Vẫn là trường hợp các chân I / O MCU thường có dòng tìm nguồn ổ đĩa yếu hơn dòng chìm.

Trong đầu ra CMOS MCU điển hình, khi họ lái THẤP, họ bật MOSFET kênh N; và khi họ lái CAO, họ bật MOSFET kênh P. . thiết bị kênh thể hiện "chất lượng" tương tự như một công tắc. Một số đi đến nỗ lực thêm đó. Một số thì không. Nếu không, khả năng chìm (kênh N) hoặc nguồn (kênh P) sẽ khác nhau.

Một số trong số chúng gần như đối xứng, trong đó chúng có thể nguồn gần như nhiều như chúng có thể chìm. (Điều đó chỉ có nghĩa là chúng chuyển sang mặt đất tốt như là một công tắc chuyển sang đường ray cung cấp điện.) Nhưng ngay cả khi gặp sự cố thêm, vẫn có những vấn đề khác khiến hai thiết bị không giống nhau hoàn toàn và nó vẫn thường là trường hợp bên tìm nguồn cung vẫn còn ít nhất là yếu hơn một chút.

Nhưng trong phân tích cuối cùng, luôn luôn nên xem bảng dữ liệu để xem. Dưới đây là một ví dụ từ PIC12F519 (một trong những bộ phận rẻ nhất từ ​​Microchip vẫn bao gồm một số lưu trữ không bay hơi nội bộ, có thể ghi cho dữ liệu.)

Biểu đồ này hiển thị điện áp đầu ra THẤP (trục dọc) so với dòng chìm THẤP (trục ngang), khi CPU đang sử dụng $V_{CC}=3\:\textrm{V}$ :

Biểu đồ này hiển thị điện áp đầu ra CAO (trục dọc) so với dòng nguồn CAO (trục ngang), cũng như khi CPU đang sử dụng $V_{CC}=3\:\textrm{V}$ :

Bạn có thể dễ dàng thấy rằng họ thậm chí không bận tâm đến việc cố gắng thể hiện cùng một khả năng chìm so với tìm nguồn cung ứng hiện tại.

Để đọc chúng, hãy chọn một dòng điện có cường độ tương tự trên cả hai biểu đồ (rất khó phải không?) Hãy chọn $5\:\textrm{mA}$ trên biểu đồ đầu tiên và$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$$25^\circ\textrm{C}$

$2\:\textrm{V}$$10\:\textrm{mA}$

$50\:\Omega$$150\:\Omega$

Điều khá phổ biến (mặc dù không phổ biến như trước đây) là các chân đầu ra của vi điều khiển có thể chìm nhiều dòng điện ở trạng thái thấp hơn so với nguồn có thể ở trạng thái cao. Do đó, các nhà thiết kế đã quen với việc đặt đèn LED, hoặc bất cứ thứ gì khác cần dòng điện cao (đối với chân vi điều khiển) giữa nguồn và chân thay vì giữa mặt đất và chân. Khi micro có khả năng nguồn / chìm đối xứng, điều này là không cần thiết, nhưng cũng không gây hại.

Ví dụ, đây là một đoạn trích từ biểu dữ liệu PIC 16F1459 (một bộ phận sản xuất chính thống gần đây và chắc chắn):

Lưu ý cách dòng điện cho trường hợp Điện áp thấp đầu ra cao hơn ở cùng một điện áp cung cấp so với trường hợp Điện áp cao đầu ra . Và, dòng chìm được chỉ định cho mức tăng 600 mV, trong khi dòng nguồn cho mức giảm 700 mV. Nói chung, micro này có các trình điều khiển phía thấp mạnh hơn đáng kể trên các chân I / O thông thường của nó.

Nhiều micros mới hơn là đối xứng, rõ ràng là những cái không có khả năng nguồn / chìm nhiều ở nơi đầu tiên.

Khi đèn LED yêu cầu nhiều dòng điện hơn đầu ra kỹ thuật số có thể xử lý, hoặc ít nhất là nhiều hơn bạn muốn để nó xử lý, bạn cần sử dụng một bóng bán dẫn bên ngoài. Một chuyển đổi bên thấp là sự lựa chọn tự nhiên và đơn giản. Đèn LED sau đó được kết nối giữa nguồn và bóng bán dẫn này.

Bằng cách sử dụng thiết kế kéo xuống, có thể chuyển đổi một thiết bị (ví dụ: đèn LED) với nguồn 5V, sử dụng vi điều khiển dung sai 1.8V nhưng 5V mà không cần bất kỳ thành phần bên ngoài nào.

Khi chân (cống được cấu hình mở) không được kéo xuống, nó sẽ nổi, vì không có dòng điện nào được rút ra, điện áp sẽ nổi lên điện áp cung cấp của đèn led đến 5V. Điều này là ổn đối với một số nhưng không phải tất cả các micros điện áp thấp.

Bằng cách này, bạn có thể chạy các đèn led trực tiếp ra khỏi đường dây cung cấp và sử dụng bộ chuyển đổi điện áp thấp hơn cho micro. Đây là cách duy nhất để sử dụng ví dụ. đèn led màu xanh trên micro 1.8v mà không cần thêm thành phần.

Ví dụ, các chân của sê-ri NXP LPC81xM có khả năng chịu được 5v khi micro được cấp nguồn, ngay cả ở mức 1,8v

Bộ dữ liệu của NXP LPC81xM

Vì cống mở mosfet thường chìm nhiều hơn so với kéo đẩy và đôi khi còn chịu được một phạm vi điện áp rộng hơn. Sử dụng đèn LED với cống mở chỉ hoạt động với cấu hình hoạt động thấp. Phụ thuộc vào vi mặc dù, một số chỉ đẩy.