プルアップ抵抗の明確化

私は電子工学を初めて使い、「プルアップ抵抗器」の原理を理解するのに苦労しています。私はそれについて多くの記事を読みましたが、私はそれを手に入れたと思いますが、100％確信がないので質問があります。で、この記事で、最初の画像の後に、それは言います：

モーメンタリボタンを押すと、I / OピンがVccに接続され、マイクロコントローラは入力をハイとして登録します。

しかし、わかりません。VCCはどこにありますか？私が見るところ、このスキーマには電源が​​なく、ボタンに配線されたマイクロコントローラーだけが両方ともグランドに配線されているので、この回路にはどのように電圧がありますか？

この記事は非常に紛らわしいようです。テキストと図が一致しません。ここで同じ3つの回路図を提示し、さらに一致する説明を期待します。

U1がマイクロコントローラーであり、P1が入力として構成されたI / Oピンであると仮定します。（実際には、任意の論理ゲートである可能性があります。）U1への他の接続はそれほど重要ではないため、図示されていませんが、電源接続およびその他の必需品があると仮定します。

（1）ボタンが押されると、ポートP1はグランドに接続され、低論理レベルを検知します。ただし、ボタンを離すと、ポートはどこにも接続されず、フローティングになります。明確な電圧は存在しないため、わずかなノイズでもデジタル入力が一方の値から他方の値に切り替わる場合があります。また、振動し、消費電力の増加を引き起こす可能性があります。良くない。

（2）これで、ボタンが押されていない場合、ポートはVccに直接接続されているため、高レベルを検出します。しかし、ボタンが押されると、Vccは接地に短絡し、電源はおそらく燃えて死にます。さらに悪い。

（3）ここで、ボタンが押されていない場合、ポートは再び高論理レベルを検知します：抵抗を通して高に引き上げられます。（デジタル入力のインピーダンスが非常に高いため、抵抗器での電圧損失はありません。したがって、ポートへの電流はほぼゼロです。）

ボタンを押すと、ポートは直接グランドに接続されるため、低レベルを感知します。これで、電流がVccからグランドに流れますが、抵抗器はそれを適切な値に制限します。これはいい。

この回路図では、押されていないボタンは高い値（1）として読み取られ、押されたボタンは低い値（0）として読み取られます。これはアクティブLowロジックと呼ばれます。抵抗器とスイッチを交換すると、これが反転し、押されていないボタンは低（0）、押されたボタンは高（1）と表示されます。（アクティブHighのロジック。）

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

プルアップ抵抗またはプルダウン抵抗は、入力がフロートするのを許可する代わりに、ピンへの入力がないときに特定のレベルで入力を「保持」します。

図面の図1を検討する場合、スイッチを開いてもピンへの電気接続は提供されないため、浮遊干渉、内部リークなどが入力ピンの電圧に影響を与えます。これらの外部の影響により、入力が変動値として解釈され、不要な発振や予期しない出力が発生する可能性があります。

そのため、ピンを「既知の」状態に保持するには、常にVCCまたはGNDに接続する必要があります。図2を参照してください。ただし、問題があります。ピンをVCCに接続して「ハイ」状態に保持し、スイッチをGNDに接続してスイッチを押すと、直接短絡が発生します。ヒューズを飛ばしたり、電源を破損したり、何かを燃やしたりします。

したがって、入力を直接 VCCまたはGND に接続する代わりに、プルアップ/プルダウン抵抗を介して入力を接続できます。図3では、入力をVCCに接続するプルアップ抵抗を使用しています。

ピンに他の入力がない場合、プルアップ抵抗にはほとんど電流が流れません。そのため、電圧降下はほとんどありません。これにより、入力ピンにVCC電圧全体を見ることができます。つまり、入力ピンは「ハイ」に保持されます。

スイッチが閉じられると、入力抵抗とプルアップ抵抗がGNDに接続されます。プルアップに電流が流れ始めます。ただし、GNDにつながるワイヤよりもはるかに高い抵抗であるため、プルアップ抵抗で電圧がほぼすべて降下し、入力ピンに〜0ボルトが発生します。

比較的大きな値の抵抗を選択して、電流の流れを適切な値に制限しますが、入力の内部抵抗を超えるには高すぎません。

プルアップ抵抗を使用すると、入力が存在しないときに入力を既知の状態に保持できますが、短絡を発生させずに信号を入力する柔軟性が得られます。

この記事はわかりにくいですが、ここに要点があります。インバータの入力インピーダンスは高く、フローティングのままにしないでください。ロジック0またはロジック1を想定したり、2つの間で発振したりする可能性があります。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

• （a）プルアップがなければ、VssとGND（グランド）を切り替えるための切り替えスイッチが必要になります。この配置は、入力を何らかの方法でしっかりと切り替えますが、スイッチ接点の切り替え中に入力が瞬間的にフローティングになると問題が発生します。これにより、たとえば電磁干渉（EMI）の存在下で振動する可能性があります。
• （b）2つの問題を解決します。より単純なスイッチを使用し、スイッチが閉じていない場合、入力がHighにプルされます。スイッチが閉じられると、入力はローになります。
• （c）同じ配置を逆に示しています。スイッチを開くとローになります。

多くのICロジックデバイスには内部プルアップ抵抗があるため、（b）の配置がより一般的です。この配置を使用すると、部品数とPCB面積が少なくなります。

多くの回路図では、電源とグランドが想定されていることに注意してください。たとえば、論理ゲートの場合、2、4、または6個の論理ゲートに共通のVssおよび接地接続があります。各ゲートでそれらを表示するのは理にかなっていないので、回路図の他の場所に付随するデカップリングコンデンサと一緒に想定または個別に表示されます。

まあ、それはNOTゲートですので、直列抵抗なしでそのLEDが不適切に表示される場所に接続されたI / Oピンを想像するはずだと思います。入力をグランドに接続すると、出力はVcc（別の話であるVddと呼ばれることもあります）に移動します。

論理ゲートに電源ピンを表示しないのはごく普通のことです。これは、回路図の混乱を減らすためです。論理ゲートのグランド電源ピンも表示されていないことに注意してください。

同じボード上に1.8、3.3、5Vなどのロジック電圧が混在している場合、これは少し混乱します（ピンを隠します）。すべてが5Vから実行されたとき。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

プルアップまたはプルダウン抵抗は、ロジックレベル（GNDで0またはVCCで1）を固定するためのものです。抵抗器はボタンよりも高いインピーダンスを持っています。ボタンを押すと、レベルが変わることがあります（有線の場合）。

図中のMCUを表す「ゲートではない」は非常に基本的なものであり、著者はVCC電源を省略しています。もちろん、図2および3では、Vccが存在し、接続が良好です。

あなたが選んだ文は、「アクティブハイ」ロジックを説明するためのものでした。図1に対応するものは

プルアップ抵抗を使用すると、I / Oピンは通常ロジックHighになり、ボタンを押すとLowになります

CMOSのフローティング入力は誤った入力レベルにリークする可能性があるため、浮遊ノイズが発生しやすいため、uC入力ポートの隠し入力プルアップRがグランドにスイッチするか、外部バイアスRが1つの電源レールVddまたはVssにスイッチして反対側のレール。