Klärung des Pull-Up-Widerstands

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Ich bin ein Neuling in der Elektronik und habe Schwierigkeiten, das Prinzip des "Pull-Up-Widerstands" zu verstehen. Ich habe viele Artikel darüber gelesen und denke, ich habe es verstanden, bin mir aber nicht zu 100% sicher, also habe ich eine Frage. In diesem Artikel heißt es nach dem ersten Bild:

Wenn die Taste gedrückt wird, wird der I / O-Pin mit Vcc verbunden und der Mikrocontroller registriert den Eingang als High.

Aber ich verstehe es nicht. Wo ist VCC? Soweit ich sehe, gibt es in diesem Schema keine Stromquelle, sondern nur einen Mikrocontroller, der mit einer Taste verbunden ist, die beide mit Masse verbunden sind. Wie kann also überhaupt eine Spannung in diesem Stromkreis vorhanden sein?

pullup

— ssougnez
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Ich denke, sie beziehen sich auf die Bilder 2 und 3, wenn sie Vcc erwähnen, diese Bilder haben VCC.

— Axk

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Denken Sie daran, dass U1 ein logisches Gatter ist, das Leistungs- und Erdungsanschlüsse auf dem eigentlichen IC impliziert. Diese sind zur Vereinfachung des Schaltplans nicht eingezeichnet.

— Ryan Griggs

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Ich würde sagen, es ist ein Fehler im Artikel. Sobald die Taste gedrückt ist, wird der Gate-Eingang mit GND und nicht mit Vcc verbunden.

— Eugene Sh.

Ich stimme Eugene zu, es ist ein mieser Artikel. Finde eine bessere Quelle.

— Rohr

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Es scheint, dass der Autor dieses Papiers seine Meinung zwischen dem Zeichnen und dem Schreiben des Textes geändert hat. Es sollte "... I / O-Pin auf Masse, und das NOT-Gatter würde den Eingang als Low registrieren." Dieser ganze Absatz ist im Allgemeinen verwirrt.

— Peter Bennett

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Der Artikel wirkt ziemlich verwirrend: Text und Abbildungen stimmen nicht überein. Ich werde versuchen, hier die gleichen drei Schemata wie dort zu präsentieren, mit hoffentlich einer passenderen Erklärung.

Angenommen, U1 ist Ihr Mikrocontroller und P1 ist ein als Eingang konfigurierter E / A-Pin. (Es könnte sich wirklich um ein beliebiges Logikgatter handeln.) Andere Verbindungen zu U1 sind nicht so relevant, werden aber nicht abgebildet.

(1) Wenn die Taste gedrückt wird, ist Port P1 mit Masse verbunden und erkennt einen niedrigen Logikpegel. Wenn der Knopf losgelassen wird, ist der Port nirgendwo verbunden, sondern er schwebt . Es ist keine definierte Spannung vorhanden, sodass der Digitaleingang bereits durch geringfügiges Rauschen von einem Wert zum anderen wechseln kann. Es kann auch oszillieren und einen erhöhten Stromverbrauch verursachen. Nicht gut.

(2) Wenn die Taste nicht gedrückt wird, erkennt der Port einen hohen Pegel, da er direkt an Vcc angeschlossen ist. Wenn der Knopf gedrückt wird, wird Vcc gegen Masse kurzgeschlossen und die Stromquelle wird wahrscheinlich brennen und sterben. Noch schlimmer.

(3) Wenn hier die Taste nicht gedrückt wird, erkennt der Port wieder einen hohen Logikpegel: Er wird hoch durch den Widerstand gezogen. (Es gibt keinen Spannungsverlust über dem Widerstand, da die Impedanz des Digitaleingangs sehr hoch ist und daher der Strom zum Port ungefähr Null ist.)

Wenn die Taste gedrückt wird, ist der Anschluss direkt mit Masse verbunden, sodass ein niedriger Pegel erkannt wird. Jetzt fließt ein Strom von Vcc nach Masse, aber der Widerstand begrenzt ihn auf etwas Sinnvolles. Das ist gut.

In diesem Schema wird eine nicht gedrückte Taste als hoher Wert (1) und eine gedrückte Taste als niedriger Wert (0) angezeigt. Dies wird als Aktiv-Niedrig- Logik bezeichnet. Das Vertauschen des Widerstands und des Schalters würde dies invertieren, sodass eine nicht gedrückte Taste als niedrig (0) und eine gedrückte Taste als hoch (1) angezeigt würde. ( Aktiv-Hoch- Logik.)

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

— ilkkachu
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Ich denke, dies ist eine gute Erklärung für einen Anfänger in der Elektronik, um das Thema zu verstehen. +1 für Diagramm und einfache Sprache.

— Mark Ch

Wenn ich Sie also richtig verstehe, habe ich die Tatsache vernachlässigt, dass U1 tatsächlich mit Vcc verbunden ist. Warum kann im ersten Schaltplan beim Drücken der Taste ein Strom fließen? Eine zweite Frage, wenn Sie in Punkt 3 sagen, dass "aber da die Eingangsimpedanz eines digitalen E / A-Anschlusses ziemlich hoch ist, spielt es keine Rolle", bedeutet dies, dass 0 Strom überhaupt zu P1 oder einem Strom geht so klein (wegen der Impedanz des Eingangs), dass es fast gleich 0 ist => niedriger Pegel? Trotzdem danke für die nette Erklärung! Ich markiere deinen Beitrag als Antwort aufgrund der schematischen Darstellung :-p

— ssougnez

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"kann nicht spüren" ... Wir sagen, dass der Eingang "schweben" und sich über eine Reihe von Potentialen schlängeln kann. Der Pull-Up-Widerstand zieht den Eingang "high". NB. Der Strom spielt keine Rolle (ja, er ist klein), nur die Spannung. Etwas komplexer wird es bei Strecken, die "Race" -Bedingungen unterliegen.

— McKenzm

@mckenzm Ich verstehe es jetzt. Und Sie sagten, worauf es ankommt, ist die Spannung. Das bedeutet, dass Umgebungsgeräusche eine Spannung erzeugen können, die hoch genug ist, um das Tor in einen hohen Zustand zu versetzen.

— Ssougnez

Oder nur der Herstellungsprozess, das ist heute bei den eingebetteten Chips auf Kreditkarten weit verbreitet. Die Leser haben Pull-Up-Widerstände. Es ist ab und zu ein Punkt des Scheiterns.

— McKenzm

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Ein Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstand "hält" den Eingang auf einem bestimmten Pegel, wenn kein Eingang zum Pin vorhanden ist, anstatt den Eingang schweben zu lassen.

Wenn Sie Abbildung 1 in Ihrer Zeichnung betrachten, stellt das Öffnen des Schalters keine elektrische Verbindung zum Pin her, sodass Streustörungen, interne Leckagen usw. die Spannung des Eingangs-Pins beeinflussen können. Diese externen Einflüsse können dazu führen, dass der Eingang als schwankender Wert interpretiert wird, was zu unerwünschten Schwingungen oder unerwarteten Ausgängen führt.

Um sicherzustellen, dass der Pin in einem "bekannten" Zustand gehalten wird, muss er immer entweder mit VCC oder GND verbunden sein. Siehe Abbildung 2. Es gibt jedoch ein Problem: Wenn Sie den Pin mit VCC verbinden, um ihn im "High" -Zustand zu halten, dann verbinden Sie Ihren Schalter mit GND und drücken Sie den Schalter. Sie erstellen einen direkten Kurzschluss! Sie können entweder die Sicherung durchbrennen, die Stromversorgung beschädigen, etwas verbrennen usw.

Anstatt den Eingang direkt mit VCC oder GND zu verbinden, können Sie den Eingang über einen Pull-Up / Pull-Down-Widerstand verbinden. In Abbildung 3 verwenden sie einen Pull-up-Widerstand, der den Eingang mit VCC verbindet.

Wenn am Pin kein anderer Eingang vorhanden ist, fließt fast kein Strom durch den Pull-up-Widerstand. Es tritt also nur ein sehr geringer Spannungsabfall auf. Dies ermöglicht es, die gesamte VCC-Spannung am Eingangsstift zu sehen. Mit anderen Worten wird der Eingangsstift "hoch" gehalten.

Wenn Ihr Schalter geschlossen ist, sind der Eingang und der Pull-up-Widerstand mit GND verbunden. Etwas Strom beginnt durch den Pull-up zu fließen. Da es sich jedoch um einen viel höheren Widerstand als der zu GND führende Draht handelt, fällt fast die gesamte Spannung über dem Pull-up-Widerstand ab, wodurch am Eingangspin ~ 0 Volt anliegen.

Sie würden einen Widerstand mit relativ hohem Wert wählen, um den Stromfluss auf einen angemessenen Wert zu begrenzen, der jedoch nicht zu hoch ist, um den Innenwiderstand des Eingangs zu überschreiten.

Pull-up-Widerstände ermöglichen es Ihnen, den Eingang in einem bekannten Zustand zu halten, wenn kein Eingang vorhanden ist, und bieten Ihnen dennoch die Flexibilität, ein Signal einzugeben, ohne einen Kurzschluss zu verursachen.

— Ryan Griggs
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Vielen Dank für diese Erklärung, es ist wirklich klar. Ich hatte viele Antworten auf diesen Thread und kann leider nur eine einzige als akzeptierte Antwort auswählen. Ich habe mich wegen der schematischen Darstellung für eine andere entschieden, aber Ihre ist auch sehr klar. Ich habe es positiv bewertet.

— Ssougnez

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Der Artikel ist verwirrend, aber hier ist der Kern. Der Wechselrichter hat eine hohe Eingangsimpedanz und sollte nicht schwebend belassen werden, da er eine logische 0 oder eine logische 1 annehmen oder zwischen den beiden schwingen könnte.

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

(a) Ohne Pull-up benötigen wir einen Umschalter, um zwischen Vss und GND (Masse) zu wechseln. Diese Anordnung würde den Eingang fest auf die eine oder andere Weise schalten, aber es gibt ein Problem beim Umschalten der Schaltkontakte, wenn der Eingang momentan potentialfrei ist. Dies kann beispielsweise bei elektromagnetischen Störungen (EMI) zu Schwingungen führen.
(b) löst zwei Probleme: Es wird ein einfacherer Schalter verwendet, und wenn der Schalter nicht geschlossen ist, wird der Eingang hochgezogen. Wenn der Schalter geschlossen ist, wird der Eingang auf LOW gezogen.
(c) zeigt die gleiche Anordnung in umgekehrter Reihenfolge. Schalter auf zieht niedrig.

Die Anordnung in (b) ist üblicher, da viele IC-Logikbauelemente interne Pull-up-Widerstände aufweisen, was bei Verwendung dieser Anordnung zu einer geringeren Anzahl von Bauelementen und einer geringeren PCB-Fläche führt.

Beachten Sie, dass in vielen Schaltplänen von Leistung und Masse ausgegangen wird. Im Fall von Logikgattern gibt es zum Beispiel eine gemeinsame Vss- und Masseverbindung für 2, 4 oder 6 Logikgatter. Es wäre nicht sinnvoll, sie für jedes Gate zu zeigen, damit sie mit ihren zugehörigen Entkopplungskondensatoren an anderer Stelle im Schaltplan angenommen oder separat gezeigt werden.

— Transistor
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Danke für diese nette Antwort. Ich habe eine Frage zu etwas, was Sie gesagt haben. "Die Anordnung in (b) ist häufiger als ...". Ist es nicht "ein Problem", einen Pull-Up-Widerstand anstelle eines Pull-Downs zu haben? In der Tat zieht der Pull-up immer Strom, bis der Knopf gedrückt wird, und wir können davon ausgehen, dass der Knopf die meiste Zeit nicht gedrückt wird, was bedeutet, dass die Schaltung Strom zieht, während sie inaktiv ist.

— Ssougnez

@ssougnez: Anstatt Fragen als Kommentare zu posten, ist es im Allgemeinen besser, Fragen als neue Fragen der obersten Ebene zu posten - oder sie wurden bereits unter electronics.stackexchange.com/questions/113009/… oder electronics.stackexchange.com/ beantwortet. Fragen / 254037 /… ?

— Davidcary

@ssougnez Jeder Widerstand zieht so viel Strom, wie der Eingang zieht. Und Strom wird gezogen, wenn der Schalter wieder geschlossen wird, egal wie stark der Eingang zieht. Es kommt darauf an, wie der Eingangskreis aussieht.

— David Schwartz

@ssougnez: Einiges davon hat historische Gründe. Die Eingänge von TTL- Chips zogen zum Beispiel keinen Strom, wenn sie hoch bleiben. Niedrig ziehen zog etwas Strom. Dies bedeutete, dass es energieeffizienter war, bei Bedarf nach unten zu ziehen. Moderne Designs verwenden FET-basierte Eingänge, die die gleiche Eingangsimpedanz haben, wenn sie hoch oder niedrig sind, so dass es keinen Unterschied macht. Es ist im Allgemeinen einfacher und sicherer, auf Masse zu schalten, als auf positive Versorgung umzuschalten - insbesondere wenn gemischte Spannungsversorgungsschienen betroffen sind.

— Transistor

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Nun, es ist kein Tor also sollten wir uns einen angeschlossenen I / O-Pin vorstellen, bei dem diese LED ohne Vorwiderstand nicht richtig dargestellt wird. Wenn Sie den Eingang mit Masse verbinden, sollte der Ausgang auf Vcc gehen (was auch als Vdd bezeichnet werden kann, was eine andere Geschichte ist).

Es ist ziemlich normal, die Power-Pins von Logikgattern nicht zu zeigen. Dies dient nur dazu, die Unordnung im Schaltplan zu verringern. Beachten Sie, dass der Massestrom-Pin am Logikgatter ebenfalls nicht dargestellt ist.

Dies wird etwas verwirrend (versteckt die Pins), wenn Sie gemischte logische Spannungen wie 1,8, 3,3 und 5 V auf derselben Platine haben, so dass ich das normalerweise nicht selbst mache, aber es hat ein paar Unordnung in den halcyon Tagen gespart wenn alles von 5V lief.

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

— Spehro Pefhany
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Wäre es möglich, es ist nicht zu viel verlangt, mir ein vollständiges Beispiel dieser Schaltung zu zeigen? Ich möchte den Stromkreis ohne Pull-up-Widerstand korrekt visualisieren können, um auch das Gesamtbild sehen zu können. Thanks

— ssougnez

Siehe Bearbeiten. Vereinfachte Interna des Wechselrichters (normalerweise mehr Transistoren zum Puffern und mindestens einige Schutzdioden). Der Eingang schwebt, wenn der Schalter nicht gedrückt wird, aber wenn er gedrückt wird, ist der Ausgang definitiv hoch (M1 ist an und M2 ist aus).

— Spehro Pefhany

Würde der E / A-Anschluss rechts in Ihrem Schaltplan nicht durch die LED auf eine bekannte Spannung gezogen, anstatt tatsächlich zu schweben? Ich denke, der Artikel bezieht sich auf den Eingang des NICHT-Gatters, wenn er "I / O-Pin" sagt. Im Text nach Abbildung 1 wird nur Vcc mit Ground GND verwechselt. Nach Abbildung 2 sind sie wieder richtig.

— Ilkkachu

Nein, die LED beeinflusst die Spannung nicht genug, um sich Sorgen zu machen (es wird immer noch eine logische 1 oder eine logische 0 sein). Wie ich anfangs sagte, glaube ich nicht, dass es sich um den NICHT-Gatter-Eingang handelt. Es ist kein Mikrocontroller und es ist nur ein Eingang, kein I / O-Pin, aber für Anfänger ist die Seite nicht ganz klar.

— Spehro Pefhany

Danke, es ist jetzt klarer dank deiner Antwort und all den anderen. Ich habe deine

— upvoted

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Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstand dienen zur Festlegung eines logischen Pegels (0 bei GND oder 1 bei VCC). Der Widerstand hat eine höhere Impedanz als die Taste. Wenn Sie die Taste drücken, kann sich der Pegel ändern (sofern dies korrekt verkabelt ist).

Das "Nicht-Gatter", das die MCU in den Figuren darstellt, ist sehr einfach und der Autor hat die VCC-Versorgung weggelassen. Natürlich ist in Abbildung 2 und 3 Vcc vorhanden und gut verbunden.

Das Urteil, das Sie ausgewählt haben, war die Erklärung der "Active High" -Logik. Derjenige, der Abbildung 1 entspricht, ist

Bei Verwendung eines Pull-Up-Widerstands wird am E / A-Pin normalerweise ein logisches Hoch angezeigt, und beim Drücken der Taste wird ein Tief angezeigt

— Julien
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Da potentialfreie Eingänge auf dem CMOS auf falsche Eingangspegel abfließen können, besteht die Gefahr von Rauschstörungen, entweder durch einen versteckten Pull-up-Eingang R in einem uC-Eingangsanschluss mit Schalter nach Masse oder durch eine externe Vorspannung R zu einer Versorgungsschiene Vdd oder Vss und Schalter nach die gegenüberliegende Schiene.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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