Chiarimento della resistenza di pull-up

Sono abbastanza nuovo per l'elettronica e faccio fatica a capire il principio della "resistenza di pull-up". Ho letto molti articoli a riguardo, e penso di averlo ottenuto, ma non sono sicuro al 100%, quindi ho una domanda. In questo articolo , dopo la prima immagine, si dice:

Quando viene premuto il pulsante momentaneo, collega il pin I / O a Vcc e il microcontrollore registra l'ingresso come alto.

Ma non capisco. Dov'è VCC? Da quello che vedo, non c'è fonte di alimentazione su questo schema, solo un microcontrollore collegato a un pulsante che sono entrambi collegati a terra, quindi come può esserci tensione in questo circuito?

L'articolo sembra piuttosto confuso: il testo e le cifre non corrispondono. Proverò a presentare qui gli stessi tre schemi, con la speranza di una spiegazione più corrispondente.

Supponiamo che U1 sia il tuo microcontrollore e P1 sia un pin I / O configurato come input. (Potrebbe essere qualsiasi gate logico, davvero.) Altre connessioni a U1 non sono così rilevanti, quindi non sono raffigurate, ma presumono che abbia connessioni di potenza e altre necessità.

(1) Se si preme il pulsante, la porta P1 è collegata a terra e rileverà un livello logico basso. Ma quando il pulsante viene rilasciato, la porta non è connessa da nessuna parte, ma è mobile . Non è presente una tensione definita, quindi anche un rumore minore può far sì che l'ingresso digitale passi da un valore all'altro. Potrebbe anche oscillare e causare un aumento del consumo energetico. Non bene.

(2) Ora, quando il pulsante non viene premuto, la porta rileverà un livello elevato, poiché è collegata direttamente a Vcc. Ma se si preme il pulsante, Vcc viene cortocircuitato a terra e la fonte di alimentazione probabilmente brucerà e morirà. Persino peggio.

(3) Qui, se il pulsante non viene premuto, la porta rileverà di nuovo un livello logico elevato: viene tirato in alto attraverso il resistore. (Non c'è perdita di tensione sul resistore, poiché l'impedenza dell'ingresso digitale è molto alta, e quindi la corrente alla porta è circa zero.)

Quando si preme il pulsante, la porta viene collegata direttamente a terra, quindi rileva un livello basso. Ora, una corrente fluirà da Vcc a terra, ma il resistore la limiterà a qualcosa di sensato. Questo è buono.

In questo schema, un pulsante non compresso indica un valore elevato (1) e un pulsante premuto indica un valore basso (0). Questa si chiama logica attivo-basso . Scambiando la resistenza e l'interruttore si inverte questo, in modo che un pulsante non compresso leggesse come basso (0) e un pulsante premuto come alto (1). ( logica active-high .)

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Un resistore pull-up o pull-down "trattiene" l'input ad un livello specifico quando non c'è input al pin, invece di consentire che l'ingresso fluttui.

Se si considera la Figura 1 nel disegno, avere l'interruttore aperto non fornisce alcun collegamento elettrico al pin, consentendo così interferenze vaganti, perdite interne ecc. Che influenzano la tensione del pin di ingresso. Queste influenze esterne possono far sì che l'ingresso sia interpretato come un valore fluttuante, causando oscillazioni indesiderate o uscite impreviste.

Pertanto, per garantire che il pin sia mantenuto in uno stato "noto", deve essere sempre collegato a VCC o GND. Vedere la figura 2. Tuttavia, c'è un problema: se si collega il pin a VCC per mantenerlo in uno stato "alto", quindi collegare l'interruttore a GND e premere l'interruttore, si crea un cortocircuito diretto! O brucerai la miccia, danneggerai l'alimentazione, brucerai qualcosa, ecc.

Quindi, invece di collegare l'ingresso direttamente a VCC o GND, è possibile collegare l'ingresso tramite una resistenza pull-up / pull-down. Nella figura 3, usano una resistenza pull-up, che collega l'ingresso a VCC.

Quando non è presente alcun altro ingresso sul pin, quasi la corrente zero scorre attraverso la resistenza di pull-up. Quindi c'è una caduta di tensione molto piccola su di esso. Ciò consente di vedere l'intera tensione VCC sul pin di ingresso. In altre parole, il pin di input viene mantenuto "alto".

Quando l'interruttore è chiuso, l'ingresso e la resistenza pull-up sono collegati a GND. Parte della corrente inizia a fluire attraverso il pull-up. Ma poiché è una resistenza molto più alta rispetto al filo che porta a GND, quasi tutta la tensione scende attraverso la resistenza di pull-up, causando la presenza di ~ 0 volt sul pin di ingresso.

Dovresti selezionare un resistore di valore relativamente alto per limitare il flusso di corrente a un valore ragionevole, ma non troppo alto per superare la resistenza interna dell'ingresso.

Le resistenze pull-up ti consentono di mantenere l'ingresso in uno stato noto quando non è presente alcun ingresso, ma ti danno comunque la flessibilità di immettere un segnale senza creare un corto.

L'articolo è confuso, ma ecco l'essenza. L'inverter ha un'impedenza di ingresso elevata e non deve essere lasciato flottante in quanto potrebbe assumere uno 0 logico o 1 logico o oscillare tra i due.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

• (a) Senza un pull-up avremmo bisogno di un commutatore per alternare tra Vss e GND (terra). Questa disposizione cambierebbe saldamente l'ingresso in un modo o nell'altro, ma c'è un problema durante la commutazione dei contatti dell'interruttore quando l'ingresso è momentaneamente mobile. Ciò potrebbe causare oscillazioni in presenza di interferenze elettromagnetiche (EMI), ad esempio.
• (b) risolve due problemi: utilizza un interruttore più semplice e in assenza della chiusura dell'interruttore l'ingresso viene tirato in alto. Quando l'interruttore è chiuso, l'ingresso viene abbassato.
• (c) mostra la stessa disposizione al contrario. Interruttore aperto tira basso.

La disposizione in (b) è più comune poiché molti dispositivi logici IC hanno resistori di pull-up interni che si traducono in un conteggio dei componenti e un'area PCB inferiori quando si utilizza questa disposizione.

Si noti che la potenza e la terra sono assunte in molti schemi. Nel caso delle porte logiche, ad esempio, esiste una connessione Vss e di terra comune per 2, 4 o 6 porte logiche. Non avrebbe senso mostrarli per ogni gate in modo che vengano assunti o mostrati separatamente con i loro condensatori di disaccoppiamento di accompagnamento altrove nello schema.

Bene, non è un gate NOT quindi immagino che dovremmo immaginare un pin I / O collegato in cui quel LED viene mostrato in modo errato senza un resistore in serie. Quando si collega l'ingresso a terra, l'output dovrebbe andare su Vcc (che può anche essere chiamato Vdd, che è un'altra storia).

È abbastanza normale non mostrare i pin di alimentazione sui gate logici. Questo serve solo a ridurre il disordine nello schema. Notare che non viene mostrato neanche il pin di alimentazione di terra sul gate logico.

Questo diventa un po 'confuso (nascondendo i pin) quando si hanno tensioni logiche miste come 1,8, 3,3 e 5 V sulla stessa scheda, quindi non lo faccio di solito da solo, ma ha risparmiato un sacco di disordine nei giorni halcyon quando tutto andava da 5V.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

La resistenza pull-up o pull-down ha lo scopo di fissare un livello logico (0 su GND o 1 su VCC). Il resistore ha un'impedenza maggiore rispetto al pulsante. Quando si preme il pulsante, il livello può cambiare (se cablato in modo corretto).

Il "non gate" che rappresenta l'MCU nelle figure è molto semplice e ha autorizzato la fornitura di VCC. Naturalmente nelle figure 2 e 3 Vcc è presente e ben collegato.

Il sentimento che hai scelto è stato quello di spiegare la logica "high attivo". Quello corrispondente alla figura 1 è

Usando una resistenza pull-up il pin I / O normalmente vedrà un livello logico alto e quando il pulsante viene premuto vedrà un valore basso

Poiché gli ingressi fluttuanti su CMOS possono passare a livelli di ingresso falsi possono essere soggetti a disturbi parassiti, un pull-up di ingresso nascosto R in una porta di ingresso uC con switch verso terra o una polarizzazione esterna R su una guida di alimentazione Vdd o Vss e passare a la ferrovia opposta.