È necessaria una spiegazione euristica dell'uso di un resistore pull-up (o pull-down)

In primo luogo, riconosco che ci sono diverse domande su questo argomento nel forum, tuttavia le risposte presuppongono una conoscenza troppo approfondita dell'elettronica per essere utile a un vero principiante (come me). Detto questo, se scegli di rispondere, ti preghiamo di limitare le tue risposte a spiegazioni euristiche (non tecniche).

La mia comprensione di una resistenza di pull-up è di garantire una carica costante su una linea, al contrario di una linea disconnessa, che potrebbe potenzialmente cadere vittima di campi elettrici e quindi produrre rumore. Il rumore potrebbe quindi essere interpretato come un segnale di ingresso e causare risultati imprevisti dal dispositivo.

Domanda 1) Sono corretto nella mia comprensione dello scopo dei resistori pull-up e pull-down?

Domanda 2) Come funziona? Qualcuno può fornire una metafora o un'analogia per descrivere cosa sta accadendo esattamente con la corrente elettrica?

Primo: Sì, la tua comprensione è essenzialmente corretta, a parte il fatto che la tensione è e non la carica.

Ecco la mia analogia:

Considera una porta di una casa, con cerniere davvero lisce e senza chiavistello o chiavistello. La porta è così leggera e così ben incernierata che la minima brezza le farebbe sbattere e aprirsi.

Ora aggiungi una leggera porta-molla alla porta. La molla tiene chiusa la porta, ma non con fermezza: una leggera spinta la aprirà e lasciarla andare farà richiudere la porta.

Un cosiddetto " ingresso fluttuante " è come quella porta: le minime perturbazioni nel campo elettromagnetico, come la brezza sopra, causano la commutazione casuale dell'ingresso tra aperto e chiuso (basso e alto).

Aggiungi il resistore pull-up (se vuoi che il valore predefinito sia "alto") o il resistore pull-down (se vuoi che sia "basso"), e la tua molla è a posto.

Ora, una tensione esterna applicata, come la spinta delicata, può superare la tendenza "tenere la porta chiusa" della resistenza a molla / pull-x - e una volta rimossa la spinta, l' ingresso torna al valore predefinito desiderato .

Una resistenza di basso valore in tale uso è come una molla molto rigida - ha bisogno di una spinta molto più solida per aprirsi, ma aprirà lo farà. Si chiuderà anche più velocemente quando viene rimossa la spinta.

Un pull up / down fa tre cose.

1, stabilizza la linea, con un riferimento fisso (V + per un pull up, o Gnd per un pull down, nella maggior parte dei casi). La linea non galleggerà intorno. Questo potrebbe essere fatto anche senza il pull-up, collegandolo direttamente a V + o Gnd. Questo è un problema risolto dalla parte 2.

2, protegge il circuito. Se una linea è collegata direttamente a V +, e quindi è anche collegata a terra, hai appena creato un corto circuito . Ciò accade ad esempio, se un pin del microcontrollore collegato direttamente a V +, viene impostato come uscita con livello logico basso. Con una resistenza di pull-up, non si ha più un corto circuito, ma solo un carico minore. Questa è una sicurezza che desideri sul posto.

3, ti permette di sovrascrivere il riferimento sulla linea, senza il corto circuito. Oltre ad essere solo una precauzione di sicurezza, è un effetto desiderato. Questo è il modo in cui un microcontrollore può leggere un interruttore che passa da alto a basso, o da basso ad alto, quando viene premuto. Quando il pulsante collegato a terra non viene premuto, con un pull-up il microcontrollore legge lo stato ALTO. Una volta premuto il pulsante, la connessione diretta a terra fa invece cambiare lo stato in BASSO, poiché una connessione diretta è più forte di un pull-up debole. Quindi torna allo stato ALTO una volta rilasciato il pulsante.

L'analogia di @AnindoGhosh di una porta a battente è buona per la parte 1 (La molla) e 3 (La spinta). Per aggiungere a ciò, la parte 2 è la molla che impedisce a un forte vento di sbattere la porta dai cardini e rovinare tutto in casa. Nessuna molla (pull-up / down) e un forte vento (un corto circuito) può distruggere un microcontrollore o causare il surriscaldamento della batteria, prendere fuoco, esplodere.