Čo je to Pull Up Rezistor a ako ho používate?

Vytváranie obrazu digitálneho obvodu, kde je potrebné stlačiť tlačidlo na zapnutie LED. Správne zapojíte obvod, pripojíte jeden koniec tlačidla k digitálnemu vstupu a uzemnenie k druhému. Keď konečne dodáte energiu, všimnete si, že LED sa rozsvieti a zhasne bez toho, aby ste stlačili spínač.

Ak ste niekedy pozorovali takéto situácie, je pravdepodobné, že ste do svojho digitálneho obvodu zabudli pridať pull-up odpor. Čo to teda ten pull-up rezistor vlastne je? Ako to funguje a ako ho používate?

Čo je to Pull-up Rezistor?

Pull-up rezistor je odpor, ktorý pridáte do digitálneho obvodu, aby ste sa vyhli nežiaducim signálom, ktoré môžu interferovať s logikou alebo programovaním vášho obvodu. Je to spôsob, ako vychýliť alebo potiahnuť vstupnú linku na kladnú alebo VCC, keď linku nepoháňa žiadne iné aktívne zariadenie. Potiahnutím riadku na VCC efektívne nastavíte predvolený stav riadku na 1 alebo true.

Nastavenie predvoleného stavu všetkých vstupných pinov je dôležité, aby sa predišlo náhodným signálom generovaným počas ich plávajúceho stavu. Vstupný kolík je v plávajúcom stave, keď sa odpojí od aktívneho zdroja, ako je zem alebo VCC.

Pull-up rezistory sa zvyčajne používajú v digitálnych obvodoch mikrokontroléry a jednodoskové počítače.

Ako funguje Pull-Up Rezistor v obvode

Pri použití dočasného spínača na digitálnom obvode stlačenie spínača spôsobí zatvorenie obvodu a prenos true alebo high do mikrokontroléra. Vypnutie spínača však nevyhnutne nezastaví vstupný kolík vo vysielaní takýchto signálov.

Je to preto, že prerušenie pripojenia cez prepínač znamená, že už nie je pripojené k ničomu okrem vzduchu. To spôsobí, že linka je v plávajúcom stave, kde signály z prostredia môžu potenciálne spôsobiť, že kolík sa v danom momente zdvihne vysoko.

Aby ste zabránili registrácii týchto bludných signálov do vášho obvodu, musíte do vstupnej linky vložiť dostatočné napätie, aby sa udržala vysoká úroveň, keď už nie je detekovaná zem. VCC však nemôžete priamo zapojiť do vstupného vedenia, pretože okruh sa skratuje, akonáhle spínač/snímač spojí vedenie so zemou.

Aby ste predišli skratovaniu vyťahovacieho napätia, budete musieť použiť odpor. Rezistor so správnou hodnotou zaistí, že plávajúce vedenie bude mať dostatočné napätie na zvýšenie vysokého a zároveň dostatočne nízkeho napätia, aby nedošlo k predčasnému skratu obvodu. Veľkosť odporu bude závisieť od typu logiky, ktorú váš obvod používa.

Vysvetlenie logických rodín

Ak chcete správne vypočítať hodnotu odporu vášho pull-up rezistora, musíte vedieť, aký typ logiky váš obvod používa na prevádzku. Logická rodina, ktorú váš obvod používa, bude určovať hodnotu odporu, ktorú bude váš pull-up odpor potrebovať.

Existuje niekoľko typov logiky. Tu je niekoľko z nich:

Ak si nie ste istí, ktorú logickú rodinu používate, je veľmi pravdepodobné, že váš obvod používa logické rodiny CMOS alebo TTL, pretože ECL a DTL sú už dávno zastarané. Označenia čipov s predponami pomocou „74“ alebo „54“ sú typicky čipy TLL, zatiaľ čo označenia čipov s „CD“ alebo „MC“ označujú čip CMOS. Ak si stále nie ste istí, môžete jednoducho zistiť, akú skupinu logiky váš ovládač používa, rýchlym vyhľadaním údajového listu online.

Ako vypočítať hodnotu Pull-Up Rezistor

Teraz, keď ste pochopili rôzne typy logických rodín a ich minimálne zapnuté a maximálne vypnuté napätie, môžeme teraz pristúpiť k výpočtu hodnôt pre náš pull-up odpor.

Na výpočet správnej hodnoty odporu budete potrebovať tri hodnoty. Minimálne napätie logickej rodiny, ktorú váš obvod používa, napájacie napätie obvodu a vstupný zvodový prúd, ktoré nájdete v údajovom liste alebo pomocou multimetra.

Keď budete mať všetky premenné, môžete ich jednoducho zapojiť do nasledujúceho vzorca:

Hodnota odporu = (napájacie napätie - logické vysoké napätie) / vstupný zvodový prúd

Povedzme napríklad, že váš obvod používa TTL a vstupná linka používa 100uA pri 5V. Vieme, že TTL potrebuje minimálne 2V na zvýšenie vysokej hodnoty a maximálne 0,8 voltu na zvýšenie nízkej úrovne. To by znamenalo, že správne napätie na výstupe z nášho pull-up rezistora by malo byť medzi 3V a 4V, pretože napätie musí byť vyššie ako 2V, ale nie vyššie ako naše napájacie napätie, ktoré je 5V.

Nami dané hodnoty by boli:

• Napájacie napätie = 5V
• Logické vysoké napätie = 4V
• Vstupný únikový prúd = 100μA alebo 0,0001A

Teraz, keď máme premenné, zapojme ich do vzorca:

(5V - 4V) / 100μA = 10 000 ohmov

Náš pull-up odpor musí byť 10 000 ohmov (10 kilohmov alebo 10 kΩ).

Ako používať Pull-Up Rezistor v obvode

Pull-up rezistory sa zvyčajne používajú v digitálnych obvodoch, aby sa predišlo nechcenému rušeniu s digitálnym programovaním obvodu. Ak digitálny obvod používa spínače a snímače ako vstupné zariadenia, môžete použiť pull-up odpory. Tiež pull-up rezistory budú účinné iba vtedy, ak sú vstupné kolíky pripojené k zemi. Ak sú vstupné kolíky pripojené k VCC, možno budete chcieť namiesto toho použiť sťahovacie odpory.

Ak chcete použiť pull-up rezistor, musíte nájsť vstupnú linku, ktorá sa pripája k vstupnému zariadeniu. Po nájdení budete chcieť vypočítať hodnotu vášho odporu pomocou vzorca, o ktorom sme hovorili vyššie. Ak váš obvod skutočne nevyžaduje veľkú presnosť, môžete jednoducho použiť hodnoty odporu v rozsahu od 1 kΩ do 10 kΩ.

Teraz, keď máte odpor so správnou hodnotou, môžete umiestniť jeden koniec pull-up odporu do VCC a jeden koniec medzi vstupné zariadenie a MCU. Gratulujem! Teraz viete, čo je pull-up rezistor a ako ho používať.

Niektoré mikrokontroléry, ako napríklad dosky Arduino, a SBC, ako napríklad Raspberry Pi, majú interné pull-up odpory, ktoré môžete spustiť v kóde namiesto externých pull-up odporov.

Upevnite svoje vedomosti skúsenosťami

Stručne povedané, pull-up odpor je dôležitou súčasťou, ktorá pomáha chrániť váš obvod pred okolitým rušením. Nastavením predvoleného stavu vstupného kolíka na vysokú hodnotu zabraňuje náhodným signálom interferovať s logikou alebo programovaním vášho obvodu. A teraz, keď viete, ako jeden použiť, možno budete chcieť upevniť svoje novonadobudnuté znalosti tým, že ich použijete na svoje ďalšie projekty.