Hvad er en Pull Up Resistor, og hvordan bruger du en?

Billedfremstilling et digitalt kredsløb, hvor en trykknap er påkrævet for at tænde en LED. Du tilslutter kredsløbet korrekt, forbinder den ene ende af trykknappen til en digital indgang og jord til den anden. Når du endelig leverer strøm, bemærker du, at LED'en tænder og slukker, uden at du trykker på kontakten.

Hvis du nogensinde har observeret situationer som denne, er det sandsynligt, at du har glemt at tilføje en pull-up modstand til dit digitale kredsløb. Så hvad er en pull-up modstand? Hvordan fungerer det, og hvordan bruger du en?

Hvad er en pull-up modstand?

En pull-up modstand er en modstand, du tilføjer til et digitalt kredsløb for at undgå uønskede signaler, som kan forstyrre dit kredsløbs logik eller programmering. Det er en måde at forspænde eller trække en inputlinje til positiv eller VCC, når ingen anden aktiv enhed driver linjen. Ved at trække linjen til VCC, indstiller du effektivt standardtilstanden for linjen til 1 eller sand.

Det er vigtigt at indstille en standardtilstand for alle inputben for at undgå tilfældige signaler, der genereres under dens flydende tilstand. En input-pin er i en flydende tilstand, når den bliver afbrudt fra en aktiv kilde, såsom jord eller VCC.

Pull-up modstande bruges typisk i digitale kredsløb vha mikrocontrollere og singleboard-computere.

Hvordan en pull-up modstand fungerer i et kredsløb

Når du bruger en momentan kontakt på et digitalt kredsløb, vil et tryk på kontakten få kredsløbet til at lukke og sende sandt eller højt til mikrocontrolleren. Udkobling af kontakten vil dog ikke nødvendigvis forhindre input-pinden i at sende sådanne signaler.

Dette skyldes, at det at skære forbindelsen gennem en kontakt betyder, at den ikke længere er forbundet med andet end luft. Dette får linjen til at være i en flydende tilstand, hvor signaler fra omgivelserne potentielt kan få stiften til at hæve højt på ethvert givet tidspunkt.

For at stoppe disse omstrejfende signaler i at registrere sig i dit kredsløb, skal du injicere inputledningen med nok spænding til, at den kan blive ved med at registrere højt, når jord ikke længere detekteres. Du kan dog ikke tilslutte VCC direkte til indgangsledningen, da kredsløbet vil kortslutte, så snart kontakten/sensoren forbinder ledningen med jord.

For at undgå at kortslutte pull-up-spændingen skal du bruge en modstand. At have den rigtige værdimodstand vil sikre, at den flydende linje vil have nok spænding til at hæve højt, mens den er lav nok til ikke at kortslutte kredsløbet for tidligt. Mængden af ​​modstand vil afhænge af den logiske type dit kredsløb bruger.

Forklaring af logiske familier

For korrekt at beregne modstandsværdien af ​​din pull-up modstand, skal du vide, hvilken logiktype dit kredsløb bruger til at fungere. Den logiske familie, som dit kredsløb bruger, vil diktere den modstandsværdi, som din pull-up-modstand skal bruge.

Der er flere typer logik. Her er et par af dem:

Hvis du ikke er sikker på, hvilken logikfamilie du bruger, er det meget sandsynligt, at dit kredsløb bruger CMOS- eller TTL-logikfamilier, da ECL og DTL længe har været forældede. Chipmarkeringer med præfikser, der bruger "74" eller "54" er typisk TLL-chips, mens chipmarkeringer med "CD" eller "MC" angiver en CMOS-chip. Hvis du stadig er usikker, kan du nemt finde ud af, hvilken logikfamilie din controller bruger ved at lave en hurtig søgning efter dens datablad online.

Sådan beregnes Pull-Up-modstandsværdien

Nu hvor du forstår de forskellige typer af logikfamilier og deres minimum til og maksimal spændinger, kan vi nu fortsætte med at beregne værdier for vores pull-up modstand.

For at beregne den korrekte modstandsværdi skal du bruge tre værdier. Minimumsspændingen for den logiske familie, dit kredsløb bruger, kredsløbets forsyningsspænding og indgangslækstrøm, som du kan finde på databladet eller ved at ved hjælp af et multimeter.

Når du har alle variablerne, kan du blot tilslutte dem til følgende formel:

Modstandsværdi = (forsyningsspænding - logisk højspænding) / indgangslækstrøm

Lad os for eksempel sige, at dit kredsløb bruger TTL, og indgangslinjen bruger 100uA ved 5V. Vi ved, at TTL skal have minimum 2V for at hæve højt og maksimalt 0,8 volt for at hæve lavt. Dette ville betyde, at den korrekte spænding, der forlader vores pull-up-modstand, skal være mellem 3V og 4V, da spændingen skal være højere end 2V, men ikke højere end vores forsyningsspænding, som er 5V.

Vores givne værdier vil være:

• Forsyningsspænding = 5V
• Logisk højspænding = 4V
• Indgangslækstrøm = 100μA eller 0,0001A

Nu hvor vi har variablerne, lad os sætte dem ind i formlen:

(5V - 4V) / 100μA = 10.000 ohm

Vores pull-up modstand skal være 10.000 ohm (10 kilohm eller 10 kΩ).

Sådan bruges en pull-up modstand i et kredsløb

Pull-up modstande bruges typisk i digitale kredsløb for at undgå uønsket interferens med et kredsløbs digitale programmering. Du kan bruge pull-up modstande, hvis det digitale kredsløb bruger kontakter og sensorer som inputenheder. Desuden vil pull-up modstande kun være effektive, hvis indgangsbenene er forbundet til jord. Hvis indgangsbenene er forbundet til VCC, vil du måske bruge pull-down modstande i stedet.

For at bruge en pull-up-modstand skal du finde inputlinjen, der forbinder til en inputenhed. Når du først er placeret, vil du gerne beregne, hvordan værdien af ​​din modstand ved hjælp af formlen diskuteret tidligere. Hvis dit kredsløb ikke rigtig kræver meget præcision, kan du blot bruge modstandsværdier fra 1kΩ til 10kΩ.

Nu hvor du har din modstand med den rigtige værdi, kan du placere den ene ende af pull-up modstanden til VCC og den ene ende mellem inputenheden og MCU'en. Tillykke! Du ved nu, hvad en pull-up modstand er, og hvordan du bruger en.

Nogle mikrocontrollere, såsom Arduino-kort og SBC'er, såsom Raspberry Pi, har interne pull-up-modstande, som du kan udløse i koden i stedet for eksterne pull-up-modstande.

Styrk din viden gennem erfaring

Sammenfattende er en pull-up modstand en vigtig komponent til at beskytte dit kredsløb mod nærliggende interferenser. Ved at indstille standardtilstanden for en input-pin til høj, forhindrer den tilfældige signaler i at forstyrre logikken eller programmeringen af ​​dit kredsløb. Og nu hvor du ved, hvordan du bruger en, vil du måske styrke din nyfundne viden ved at anvende den på dine næste projekter.