Co je Pull Up Rezistor a jak ho používáte?

Vytvoření obrazu digitálního obvodu, kde je k rozsvícení LED potřeba tlačítko. Správně zapojíte obvod, připojíte jeden konec tlačítka k digitálnímu vstupu a uzemnění k druhému. Když konečně připojíte napájení, všimnete si, že se LED dioda rozsvítí a zhasne, aniž byste stiskli spínač.

Pokud jste někdy pozorovali takové situace, je pravděpodobné, že jste zapomněli přidat pull-up rezistor do svého digitálního obvodu. Co to tedy ten pull-up rezistor vlastně je? Jak to funguje a jak to používáte?

Co je to Pull-up Rezistor?

Pull-up rezistor je odpor, který přidáte do digitálního obvodu, abyste se vyhnuli nežádoucím signálům, které mohou rušit logiku nebo programování vašeho obvodu. Je to způsob, jak vychýlit nebo vytáhnout vstupní linku na kladnou nebo VCC, když linku neřídí žádné jiné aktivní zařízení. Vytažením řádku na VCC efektivně nastavíte výchozí stav řádku na 1 nebo true.

Nastavení výchozího stavu všech vstupních pinů je důležité, aby se zabránilo náhodným signálům generovaným během jejich plovoucího stavu. Vstupní kolík je v plovoucím stavu, když se odpojí od aktivního zdroje, jako je zem nebo VCC.

Pull-up rezistory se obvykle používají v digitálních obvodech mikrokontroléry a jednodeskové počítače.

Jak funguje Pull-Up Rezistor v obvodu

Při použití mžikového spínače na digitálním obvodu způsobí stisknutí spínače uzavření obvodu a přenos true nebo high do mikrokontroléru. Vypnutí spínače však nutně nezabrání tomu, aby vstupní kolík vysílal takové signály.

Je to proto, že přerušení připojení přes přepínač znamená, že již není připojeno k ničemu jinému než ke vzduchu. To způsobí, že linka je v plovoucím stavu, kde signály z okolí mohou potenciálně způsobit, že kolík se v daném okamžiku vysoko zvedne.

Chcete-li zabránit tomu, aby se tyto bludné signály registrovaly do vašeho obvodu, budete muset na vstupní linku napájet dostatečné napětí, aby udrželo vysokou úroveň, když již není detekováno uzemnění. Nemůžete však přímo zapojit VCC do vstupní linky, protože obvod se zkratuje, jakmile spínač/senzor spojí linku se zemí.

Abyste se vyhnuli zkratu vytahovacího napětí, budete muset použít odpor. Rezistor se správnou hodnotou zajistí, že plovoucí vedení bude mít dostatečné napětí, aby se zvýšilo na vysoké a zároveň dostatečně nízké, aby nedošlo k předčasnému zkratování obvodu. Velikost odporu bude záviset na typu logiky, kterou váš obvod používá.

Vysvětlení logických rodin

Chcete-li správně vypočítat hodnotu odporu vašeho pull-up rezistoru, musíte vědět, jaký typ logiky váš obvod používá k provozu. Logická rodina, kterou váš obvod používá, bude určovat hodnotu odporu, kterou bude váš pull-up rezistor potřebovat.

Existuje několik typů logiky. Zde je několik z nich:

Pokud si nejste jisti, jakou rodinu logiky používáte, je velmi pravděpodobné, že váš obvod používá logické rodiny CMOS nebo TTL, protože ECL a DTL jsou již dávno zastaralé. Označení čipu s předponami "74" nebo "54" jsou typicky čipy TLL, zatímco označení čipu "CD" nebo "MC" označují čip CMOS. Pokud si stále nejste jisti, můžete snadno zjistit, jakou skupinu logiky váš ovladač používá, rychlým online vyhledáním jeho datového listu.

Jak vypočítat hodnotu Pull-Up Rezistor

Nyní, když rozumíte různým typům logických rodin a jejich minimálnímu zapnutí a maximálnímu vypínacímu napětí, můžeme nyní přistoupit k výpočtu hodnot pro náš pull-up rezistor.

Pro výpočet správné hodnoty odporu budete potřebovat tři hodnoty. Minimální napětí logické rodiny, kterou váš obvod používá, napájecí napětí obvodu a vstupní svodový proud, které najdete v datovém listu nebo pomocí multimetru.

Jakmile budete mít všechny proměnné, můžete je jednoduše zapojit do následujícího vzorce:

Hodnota odporu = (napájecí napětí - logické vysoké napětí) / vstupní svodový proud

Řekněme například, že váš obvod používá TTL a vstupní linka používá 100uA při 5V. Víme, že TTL potřebuje minimálně 2V pro zvýšení high a maximálně 0,8V pro zvýšení low. To by znamenalo, že správné napětí na výstupu z našeho pull-up rezistoru by mělo být mezi 3V a 4V, protože napětí musí být vyšší než 2V, ale ne vyšší než naše napájecí napětí, které je 5V.

Naše hodnoty by byly:

• Napájecí napětí = 5V
• Logické vysoké napětí = 4V
• Vstupní svodový proud = 100μA nebo 0,0001A

Nyní, když máme proměnné, zapojme je do vzorce:

(5V - 4V) / 100μA = 10 000 ohmů

Náš pull-up rezistor musí mít 10 000 ohmů (10 kilohmů nebo 10 kΩ).

Jak používat Pull-Up Rezistor v obvodu

Pull-up rezistory se obvykle používají v digitálních obvodech, aby se zabránilo nežádoucímu rušení s digitálním programováním obvodu. Pokud digitální obvod používá jako vstupní zařízení spínače a senzory, můžete použít pull-up rezistory. Také pull-up rezistory budou účinné pouze v případě, že jsou vstupní kolíky připojeny k zemi. Pokud jsou vstupní kolíky připojeny k VCC, můžete místo toho použít pull-down rezistory.

Chcete-li použít pull-up rezistor, budete muset najít vstupní linku, která se připojuje ke vstupnímu zařízení. Jakmile najdete, budete chtít vypočítat, jak je hodnota vašeho odporu pomocí vzorce diskutovaného výše. Pokud váš obvod skutečně nevyžaduje velkou přesnost, můžete jednoduše použít hodnoty odporu od 1kΩ do 10kΩ.

Nyní, když máte svůj rezistor se správnou hodnotou, můžete umístit jeden konec pull-up rezistoru do VCC a jeden konec mezi vstupní zařízení a MCU. Gratulujeme! Nyní víte, co je pull-up rezistor a jak jej používat.

Některé mikrokontroléry, jako jsou desky Arduino, a SBC, jako je Raspberry Pi, mají vnitřní pull-up rezistory, které můžete spustit v kódu místo externích pull-up rezistorů.

Upevněte své znalosti prostřednictvím zkušeností

Stručně řečeno, pull-up rezistor je důležitou součástí, která pomáhá chránit váš obvod před okolním rušením. Nastavením výchozího stavu vstupního kolíku na vysokou zabraňuje náhodné signály rušit logiku nebo programování vašeho obvodu. A teď, když víte, jak jeden používat, možná budete chtít upevnit své nově nabyté znalosti tím, že je použijete na své další projekty.