Heuristische Erklärung der Verwendung eines Pull-Up- (oder Pull-Down-) Widerstands

Zunächst stelle ich fest, dass es im Forum einige Fragen zu diesem Thema gibt. Die Antworten setzen jedoch zu viel Hintergrundwissen über Elektronik voraus, um für einen echten Anfänger (wie mich selbst) von Nutzen zu sein. Wenn Sie sich jedoch für eine Antwort entscheiden, beschränken Sie sich bitte auf heuristische (nicht technische) Erklärungen.

Mein Verständnis eines Pull-up-Widerstands ist es, eine gleichmäßige Ladung auf einer Leitung sicherzustellen, im Gegensatz zu einer unterbrochenen Leitung, die möglicherweise elektrischen Feldern zum Opfer fallen und dann Rauschen erzeugen kann. Das Rauschen kann dann als Eingangssignal interpretiert werden und zu unerwarteten Ergebnissen Ihres Geräts führen.

Frage 1) Verstehe ich den Zweck von Pull-Up- und Pull-Down-Widerständen richtig?

Frage 2) Wie funktioniert das? Kann jemand eine Metapher oder Analogie liefern, um zu beschreiben, was genau mit dem elektrischen Strom geschieht?

Erstens: Ja, Ihr Verständnis ist im Wesentlichen korrekt, abgesehen davon, dass es um Spannung und nicht um Aufladung geht.

Hier ist meine Analogie:

Stellen Sie sich eine Haustür vor, mit wirklich glatten Scharnieren und ohne Riegel oder Riegel. Die Tür ist so leicht und so gut angeschlagen, dass sie durch die geringste Brise auf- und zugeklappt wird.

Nun fügen Sie eine Licht Tür-Feder zur Tür. Die Feder hält die Tür geschlossen, aber nicht so fest: Ein leichter Druck öffnet sie und ein Loslassen bewirkt, dass sich die Tür wieder schließt.

Ein sogenannter "schwebender Eingang " ist wie diese Tür - die geringsten Störungen im elektromagnetischen Feld, wie die Brise darüber, bewirken, dass der Eingang zufällig zwischen offen und geschlossen wechselt (niedrig und hoch).

Fügen Sie den Pull-up-Widerstand (wenn Sie möchten, dass der Standardwert "hoch" ist) oder den Pull-down-Widerstand (wenn Sie möchten, dass er "niedrig" ist) hinzu, und Ihre Feder ist vorhanden.

Jetzt kann eine externe Spannung, die angelegt wird, wie z. B. das sanfte Drücken, die Tendenz des Feder- / Pull-X-Widerstands, die Tür geschlossen zu halten, überwinden - und sobald der Druck entfernt wird, kehrt der Eingang zum gewünschten Standardwert zurück .

Ein Widerstand mit niedrigem Wert ist in diesem Fall wie eine sehr steife Feder - zum Öffnen ist ein viel festerer Druck erforderlich, aber das Öffnen ist möglich. Es wird auch schneller zugeschlagen, wenn der Druck entfernt wird.

Ein Hoch- / Runterziehen bewirkt drei Dinge.

1, stabilisiert die Linie mit einer festen Referenz (V + für ein Hochziehen oder Gnd für ein Herunterziehen in den meisten Fällen). Die Linie wird nicht schweben. Dies kann auch ohne Pull-up erfolgen, indem es direkt an V + oder Gnd angeschlossen wird. Dies ist ein Problem, das Teil 2 behebt.

2, schützt es die Schaltung. Wenn eine Leitung direkt an V + und dann auch an Masse angeschlossen ist, haben Sie gerade einen Kurzschluss erzeugt . Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein direkt an V + angeschlossener Mikrocontroller-Pin als Ausgang mit niedrigem Logikpegel eingestellt ist. Mit einem Pull-Up-Widerstand haben Sie keinen Kurzschluss mehr, nur eine geringe Last. Dies ist eine Sicherheit, die Sie an Ort und Stelle haben möchten.

3, können Sie die Referenz auf der Leitung überschreiben, ohne den Kurzschluss. Abgesehen davon, dass dies nur eine Sicherheitsmaßnahme ist, ist dies eine erwünschte Wirkung. Auf diese Weise kann ein Mikrocontroller einen Schalter lesen, der beim Drücken von hoch auf niedrig oder niedrig auf hoch wechselt. Wenn der an Masse angeschlossene Taster nicht gedrückt wird, zeigt der Mikrocontroller mit einem Pull-up den Zustand HIGH an. Sobald Sie die Taste drücken, wechselt die direkte Verbindung zu Masse in den Zustand LOW, da eine direkte Verbindung stärker als ein schwacher Pull-up ist. Sobald die Taste losgelassen wird, kehrt sie in den HIGH-Zustand zurück.

@AnindoGhosh Analogie einer Pendeltür ist gut für Teil 1 (Die Feder) und 3 (Der Stoß). Teil 2 ist die Feder, die verhindert, dass ein starker Wind die Tür aus den Angeln schlägt und alles in Ihrem Haus durcheinander bringt. Keine Feder (Hochziehen / Herunterziehen) und starker Wind (Kurzschluss) können einen Mikrocontroller zerstören oder eine Batterie überhitzen, sich entzünden oder explodieren lassen.