Opuść rezystory

W moim dążeniu do zrozumienia elektrotechniki natknąłem się na ten samouczek:

http://www.ladyada.net/learn/arduino/lesson5.html

Zrozumiałem schematy, dopóki nie dostałem przełączników. Nie jestem pewien, jak działają przełączniki na płytce ściennej lub na schematach. Oto szczególny, o którym myślę (dotyczy to rezystora obniżającego):

Wdrożenie to:

Na podstawie tego, co się dzieje, myślę, że: Zasilanie trafia do przełącznika, jeśli przycisk jest włączony, obwód nie jest zakończony. Jeśli przycisk zostanie naciśnięty, prąd płynie ścieżką najmniejszego oporu do pinu 2, ponieważ ma większy ciąg (100 Ω <10 kΩ).

Brzmi to tak, jak opisano w samouczku, kiedy przycisk jest w górze, obwód jest nadal gotowy, ale rezystor 10 kO ciągnie moc na ziemię. Nie jestem pewien, jak i dlaczego zarówno 10k omów, jak i 100 omów otrzymują równy prąd, prąd zostałby przyciągnięty do ziemi przez większy opór niż jest otwarty na pin 2.

Po pierwsze, na razie zapomnij o oporniku 100 Ω. Nie jest wymagane do działania przycisku, jest tylko jako ochrona na wypadek popełnienia błędu programowania.

• Po naciśnięciu przycisku P2 zostanie bezpośrednio podłączony do +5 V, więc będzie to postrzegane jako wysoki poziom, czyli „1”.
• Po zwolnieniu przycisku +5 V już się nie liczy, tylko 10 kΩ między portem a ziemią.

$\times$

Teraz rezystor 100 Ω. Jeśli przypadkowo zrobiłbyś wyjście pinowe i ustawiłeś je na niskim poziomie, naciśnięcie przycisku spowoduje zwarcie: mikrokontroler ustawia 0 V na pin, a przełącznik +5 V na ten sam pin. Mikrokontroler tego nie lubi, a układ scalony może zostać uszkodzony. W takich przypadkach rezystor 100 Ω powinien ograniczać prąd do 50 mA. (Co wciąż jest trochę za dużo, lepiej byłoby użyć opornika 1 kΩ).

Ponieważ nie przepłynie prąd do wtyku wejściowego (oprócz niskiego upływu) prawie nie będzie spadku napięcia na rezystorze.

10 kΩ jest typową wartością dla podciągania lub opuszczania. Niższa wartość da ci nawet niższy spadek napięcia, ale 10 mV lub 1 mV nie robi dużej różnicy. Ale jest coś jeszcze: jeśli przycisk zostanie wciśnięty, na rezystorze będzie 5 V, więc przepłynie prąd 5 V / 10 kΩ = 500 µA. Jest wystarczająco niski, aby nie powodować żadnych problemów, i tak długo nie będziesz trzymać przycisku wciśniętego. Możesz jednak zastąpić przycisk przełącznikiem, który może być zamknięty na długi czas. Następnie, jeśli wybrałbyś obniżenie 1 kΩ, miałbyś 5 mA przez rezystor, dopóki przełącznik jest zamknięty, a to trochę marnotrawstwo. 10 kΩ to dobra wartość.

Pamiętaj, że możesz obrócić to do góry nogami, aby uzyskać rezystor podciągający, i przełączyć na masę po naciśnięciu przycisku.

Spowoduje to odwrócenie logiki: naciśnięcie przycisku da ci „0” zamiast „1”, ale działanie jest takie samo: naciśnięcie przycisku spowoduje wejście 0 V, jeśli zwolnisz przycisk, opornik połączy wejście do poziomu +5 V (z nieznacznym spadkiem napięcia).

Tak zwykle się to robi, a producenci mikrokontrolerów biorą to pod uwagę: większość mikrokontrolerów ma wewnętrzne rezystory podciągające, które można aktywować lub dezaktywować w oprogramowaniu. Jeśli korzystasz z wewnętrznego podciągania, wystarczy podłączyć przycisk do uziemienia, to wszystko. (Niektóre mikrokontrolery mają również konfigurowalne menu rozwijane, ale są one znacznie mniej powszechne).

Zauważ, że przełącznik nie jest wymyślnym urządzeniem, które pobiera moc i wytwarza pewien sygnał wyjściowy - zamiast tego pomyśl o tym jak o przewodzie , który dodajesz lub usuwasz z obwodu, naciskając przycisk.

Jeśli przełącznik jest odłączony (nie wciśnięty), jedyną możliwą ścieżką dla prądu jest P2przejście przez oba rezystory do ziemi. W ten sposób mikrokontroler odczyta NISKI.

Jeśli przełącznik jest podłączony (wciśnięty):

• Prąd płynie z zasilacza przez przełącznik

• Część prądu przepływa przez rezystor 100 omów do P2. Mikrokontroler odczyta WYSOKA.

• Niewielka ilość prądu przepłynie przez rezystor 10 Kohm do ziemi. Jest to zasadniczo zmarnowana moc.

Zwróć uwagę, że rezystor 100 omów ma na celu ograniczenie maksymalnego prądu P2. Zwykle nie jest zawarty w takim obwodzie, ponieważ P2wejście mikrokontrolera ma już wysoką impedancję i nie pochłonie dużego prądu. Jednak uwzględnienie rezystora 100 omów jest przydatne w przypadku, gdy w oprogramowaniu występuje błąd lub błąd logiczny, który powoduje, że P2zamiast tego próbuje użyć go jako wyjścia. W takim przypadku, jeśli mikrokontroler próbuje jechać P2nisko, ale przełącznik jest zwarty i podłącza go do wysokiego, prawdopodobnie uszkodzisz styk mikrokontrolera. Aby być bezpiecznym, rezystor 100 omów ograniczy maksymalny prąd w takim przypadku.

Naciśnięcie przycisku powoduje umieszczenie wysokiego poziomu logicznego (+5 V) na wejściu. Ale jeśli pominiesz rezystor i przycisk zostanie zwolniony, wówczas pin wejściowy będzie po prostu swobodny, co w HCMOS oznacza, że ​​poziom jest niezdefiniowany. To jest coś, czego nie chcesz, więc zaciągasz wejście na ziemię za pomocą rezystora. Rezystor jest wymagany, ponieważ w przeciwnym razie naciśnięcie przycisku spowodowałoby zwarcie.

Wejście ma wysoką impedancję, co oznacza, że ​​prawie nie przepłynie przez niego żadnego prądu. Prąd zerowy przez rezystor oznacza zero napięcia na nim (prawo Ohma), więc 0 V z jednej strony będzie również 0 V (lub bardzo blisko) na pinie wejściowym.

Jest to jeden ze sposobów podłączenia przycisku, ale można również zamienić rezystor i przycisk, aby rezystor trafił do +5 V, a przycisk do uziemienia. Logika jest następnie odwrócona: naciśnięcie przycisku da niski poziom na pinie wejściowym. Jest to jednak często wykonywane, ponieważ większość mikrokontrolerów ma wbudowane rezystory podciągające, więc wystarczy tylko przycisk, a następnie można pominąć zewnętrzny rezystor. Pamiętaj, że konieczne może być włączenie wewnętrznego podciągania.

Zobacz także tę odpowiedź .

Rezystor 10kohm nazywany jest rezystorem obniżającym, ponieważ gdy „zielony” węzeł (po połączeniu rezystorów 100 omów i 10 kiloomów) nie jest podłączony do + 5 V za pomocą przełącznika, węzeł ten jest ciągnięty do ziemi (zakładając niski prąd przez tę gałąź , oczywiście). Gdy przełącznik jest zamknięty, ten węzeł zyskuje potencjał + 5 V.

Służy to do sterowania wejściami logicznych układów scalonych (bramek AND, bramek OR itp.), Ponieważ obwody te zachowują się nieprawidłowo, jeśli na ich wejściach nie ma określonej wartości (wartość 0 lub 1). Jeśli pozostawisz wejście logicznej bramki zmiennoprzecinkowej, wyjścia nie można wiarygodnie ustalić, dlatego wskazane jest, aby zawsze stosować określone wejście (ponownie 0 lub 1) do wejścia bramki. W tym przypadku P2 byłoby wejściem do konkretnej bramki logicznej, a gdy przełącznik jest otwarty, ma wartość wejściową 0 (GND); gdy przełącznik jest zamknięty, ma wartość wejściową 1 (+ 5 V).

prąd przyjmuje ścieżkę najmniejszego oporu

Nie jestem pewien, skąd bierze się to powszechne nieporozumienie, ale jest ono rzeczywiście błędne, ponieważ jest ono sprzeczne z prawem Ohma. Prąd przyjmuje wszystkie możliwe ścieżki , odwrotnie proporcjonalne do ich rezystancji. Jeśli przyłożysz 5 V do rezystora 10k, przepłynie przez niego 0,5 mA, niezależnie od liczby alternatywnych ścieżek (niskiej rezystancji lub innych).

Nawiasem mówiąc, ta ścieżka przez rezystor 100 omów niekoniecznie oznacza „najmniejszą rezystancję”, ponieważ rezystor nie jest podłączony do ziemi . Zazwyczaj podłącza się ten rezystor do wejścia MCU o impedancji> 10 MOhm, skutecznie czyniąc rezystor 10k ścieżką najmniejszego oporu.

Powodem, dla którego wymagany jest rezystor obniżający, jest to, że mikrokontroler jest urządzeniem CMOS, a zatem pin wejściowy jest ostatecznie bramą MOSFET.

Jeśli przycisk sterowałby żarówką, diodą LED lub przekaźnikiem, nie byłby potrzebny rezystor obniżający, ponieważ przerwany obwód byłby „wyłączony”. Po zwolnieniu przycisku żarówka zgaśnie, ponieważ nie przepłynie żaden prąd.

Jeśli twoje urządzenie było prawdziwą częścią TTL, jak oryginalne układy logiczne serii 7400, nie potrzebujesz rezystora rozwijanego, ponieważ te wejścia byłyby tranzystorami bipolarnymi, a po zwolnieniu przycisku prąd nie przepływałby przez złącze emiter bazy, a wejście byłoby "poza".

Natomiast wejście twojego mikrokontrolera to bramka MOSFET, która działa jak kondensator. Gdy napięcie bramki jest wystarczająco wysokie, wejście jest „włączone”. Dzieje się tak, gdy naciskasz przycisk, a prąd przepływa przez rezystor 100R do mikrokontrolera. Bramka ładuje się (bardzo szybko) jak kondensator, a wejście staje się „włączone”. Co się teraz stanie, gdy zwolnisz przycisk? Nigdy więcej przepływów prądu. Ale co to oznacza dla wkładu? Jeśli nie ma rezystora obniżającego, ładunek na bramie nie ma dokąd pójść. Napięcie będzie po prostu znajdować się w pobliżu 5 V, a wejście będzie nadal „włączone”. Opornik obniżający rozładowuje ładunek bramki, więc jego napięcie spada poniżej poziomu „włączenia”. Właśnie to chcesz upewnić się, że wejście cyfrowe jest uważane za „wyłączone”.

Możesz z tym eksperymentować, podpinając dwa przyciski do pinu wejściowego. Przywiąż jeden do 5 V, a drugi do uziemienia. Po naciśnięciu przycisku 5 V wejście zostanie włączone. Po zwolnieniu pozostanie włączony, dopóki nie naciskasz tego, który jest podłączony do GND.