Hallo, durch meinen fehlenden Elektrotechnikbackground (ich komme aus einer komplett anderen Branche), habe ich leider bereits bei dem Einstieg in den Grundlagen kleine Verständnisprobleme. In diesem Fall geht es um die Verwendung des Pull-Up (bzw. Pull-Down) Widerstands. Ich habe bereits einige Thread dazu hier im Forum durchgelesen, bin aber noch nicht vollkommen zufrieden. Ich möchte daher einmal mein momentanes Verständnis der Problematik beschreiben. Da ich mir das ganze immer relativ bildlich vorstelle, dazu ein paar Bilder im Anhang. Grundsätzlich geht es bei der Verwendung des Pull-Ups (bzw. Pull-Downs) ja darum, ein definiertes LOW- bzw. HIGH Signal am Eingang anliegen zu haben. Ohne ein klares Signal, würde der Eingang des uC sämtliche elektromagnetische Störgrößen messen, sodass entweder eine 0 oder 1 eines detektiert wird. Das kann nicht Sinn der Sache sein. In dem Anhang 1 habe ich einmal die Schaltskizze mit einem geschlossenen Taster gezeichnet. Für mich läuft folgendes ab. Der Strom fließt vom hohen Potential (Vcc) zu dem niedrigen Potential GND. In diesem Fall habe ich nur einen Verbraucher in dem Kreis eingebaut, sodass die gesamte Betriebsspannung (5V) an dem Widerstand abfällt. Somit habe ich vor dem Widerstand das Potential 5V während nach dem Widerstand nur noch 0V vorhanden sind. Diese 0V gelangen somit an den Eingang, sodass ich ein klares 0V Signal bekomme. In Anhang 2 ist der Taster geöffnet. Der Strom fließt wieder vom hohen Potential (Vcc) zum niedrigen Potential (Eingangspin). Wenn man nun misst, fällt am Widerstand keinerlei Spannung ab. Müsste nicht hier ebenfalls Spannung abfallen, da der Eingang ein niedriges Potential aufweist und der Widerstand wieder als Verbraucher dazwischen geschaltet ist? Warum fällt hier nun keine Spannung ab? Desweitern wurde in meinem Buch bereits der Spannungsteiler behandelt. Wenn man sich die Schaltung des Pull-Up-Widerstands anschaut, sieht man ja ebenfalls ein Spannungsteiler mit dem Widerstand R1 (10 kOhm) sowie einem Taster der einen unendlichen Widerstand (offen), oder keinen Widerstand (geschlossen) aufweisen kann Wenn man nun mal die Spannung am Eingang nachrechnet: U_Eingang=U_Vcc*R1/Rges Geschlossener Schalter (R2=0 Ohm): U_Eingang=5 V * 10000 Ohm/10000 Ohm=5 V Offener Schalter (R2=oo Ohm): mit Rges -> oo U_Eingang=5 V * 10000 Ohm/Rges Ohm= ~0 V Das bestätigt, dass im Fall des geschlossenen Tasters, keine Spannung über den Widerstand abfällt. Ist das korrekt gerechnet? Kann mir jemand helfen? Vielen Dank! Gruß Malte
Malte W. schrieb: > Offener Schalter (R2=oo Ohm): > mit Rges -> oo > U_Eingang=5 V * 10000 Ohm/Rges Ohm= ~0 V > > Das bestätigt, dass im Fall des geschlossenen Tasters, keine Spannung > über den Widerstand abfällt. Ist das korrekt gerechnet? Du meinst hier wohl "im Fall des offenen Tasters" Dann ist deine Annahme korrekt, wenn der Eingang so hochohmig ist, das dieser Strom zu vernachlässigen ist.
Stell dir als Ersatz für die Eingangsimpedanz der Schaltung z.B. 500 kOhm parallel zum Taster angeschlossen vor und dann rechne die Spannungen mit der Spannungsteilerformel noch mal nach. Der Taster schließt diesen Widerstand kurz (= 0 Ohm wenn Schalter geschlossen) und andernfalls sind's halt 500 kOhm (Schalter offen). Gerhard
Hallo, vielen Dank für Eure Antworten! Das habe ich soweit nun verstanden, kann mir jemand noch mit dem ersten Teil meiner Frage auf die Sprünge helfen? Danke! Malte W. schrieb: > Grundsätzlich geht es bei der Verwendung des Pull-Ups (bzw. Pull-Downs) > ja darum, ein definiertes LOW- bzw. HIGH Signal am Eingang anliegen zu > haben. Ohne ein klares Signal, würde der Eingang des uC sämtliche > elektromagnetische Störgrößen messen, sodass entweder eine 0 oder 1 > eines detektiert wird. Das kann nicht Sinn der Sache sein. > > In dem Anhang 1 habe ich einmal die Schaltskizze mit einem geschlossenen > Taster gezeichnet. Für mich läuft folgendes ab. Der Strom fließt vom > hohen Potential (Vcc) zu dem niedrigen Potential GND. In diesem Fall > habe ich nur einen Verbraucher in dem Kreis eingebaut, sodass die > gesamte Betriebsspannung (5V) an dem Widerstand abfällt. Somit habe ich > vor dem Widerstand das Potential 5V während nach dem Widerstand nur noch > 0V vorhanden sind. Diese 0V gelangen somit an den Eingang, sodass ich > ein klares 0V Signal bekomme. > > In Anhang 2 ist der Taster geöffnet. Der Strom fließt wieder vom hohen > Potential (Vcc) zum niedrigen Potential (Eingangspin). Wenn man nun > misst, fällt am Widerstand keinerlei Spannung ab. Müsste nicht hier > ebenfalls Spannung abfallen, da der Eingang ein niedriges Potential > aufweist und der Widerstand wieder als Verbraucher dazwischen geschaltet > ist? Warum fällt hier nun keine Spannung ab?
War das die Frage nach dem offenen Taster? Ganz einfach: Kein Strom -> kein Spannungsabfall.
Hallo, erstmal großes Lob das jemand der nicht aus der Branche kommt schon so viel richtiges Wissen hat und analysiert. Respekt. Vorallendingen das Wort "Widerstand" richtig schreibt. :-) > Malte W. schrieb: >> Grundsätzlich geht es bei der Verwendung des Pull-Ups (bzw. Pull-Downs) >> ja darum, ein definiertes LOW- bzw. HIGH Signal am Eingang anliegen zu >> haben. Ohne ein klares Signal, würde der Eingang des uC sämtliche >> elektromagnetische Störgrößen messen, sodass entweder eine 0 oder 1 >> eines detektiert wird. Das kann nicht Sinn der Sache sein. >> >> In dem Anhang 1 habe ich einmal die Schaltskizze mit einem geschlossenen >> Taster gezeichnet. Für mich läuft folgendes ab. Der Strom fließt vom >> hohen Potential (Vcc) zu dem niedrigen Potential GND. In diesem Fall >> habe ich nur einen Verbraucher in dem Kreis eingebaut, sodass die >> gesamte Betriebsspannung (5V) an dem Widerstand abfällt. Somit habe ich >> vor dem Widerstand das Potential 5V während nach dem Widerstand nur noch >> 0V vorhanden sind. Diese 0V gelangen somit an den Eingang, sodass ich >> ein klares 0V Signal bekomme. Korrekt. Man kann auch die Verhältnisse betrachten. Der geschlossene Taster hat praktisch 0,x Ohm. Klassischer Kurzschluss eben. Im Verhältnis dazu ist der Pullup mit 10k riesen groß. Deswegen muß zwischen Widerstand und geschlossenen Taster Masse anliegen. Man sagt auch das Massepotential wird hoch gezogen. >> In Anhang 2 ist der Taster geöffnet. Der Strom fließt wieder vom hohen >> Potential (Vcc) zum niedrigen Potential (Eingangspin). Wenn man nun >> misst, fällt am Widerstand keinerlei Spannung ab. Müsste nicht hier >> ebenfalls Spannung abfallen, da der Eingang ein niedriges Potential >> aufweist und der Widerstand wieder als Verbraucher dazwischen geschaltet >> ist? Warum fällt hier nun keine Spannung ab? Umgekehrter Fall wie oben. Wir lassen den µC Eingang mal weg. Der geöffnete Taster stellt einen unendlichen Widerstand dar. Oder als Gedankenstütze 10MOhm. Im Vergleich dazu ist der Pullup sehr sehr klein. Deswegen lieg zwischen Widerstand und offenen Taster volle Ub an. Mit µC Eingang dran. Der µC Eingang ist ebenfalls sehr hochohmig. Auf jeden Fall viele viele kOhms. Das ist die gleiche Betrachtung wie mit dem Taster. Im Verhältnis dazu ist der Pullup sehr klein. Volle Ub liegt am Eingang an.
Malte W. schrieb: > In Anhang 2 ist der Taster geöffnet. Der Strom fließt wieder vom hohen > Potential (Vcc) zum niedrigen Potential (Eingangspin). eben nicht, Das Potential bleibt hoch > Wenn man nun > misst, fällt am Widerstand keinerlei Spannung ab. richtig > Müsste nicht hier > ebenfalls Spannung abfallen, da der Eingang ein niedriges Potential > aufweist und der Widerstand wieder als Verbraucher dazwischen geschaltet > ist? Nein >Warum fällt hier nun keine Spannung ab? Das Potential wird hoch gehalten über den 5k. Wenn der 5k nicht wäre- und das ist der einzige Sinn, gäb´s bei geschlossenem Taster einen Kurzschluss = Taster brutzelt / Sicherung fliegt.
Hallo, danke für alle Antworten. Ich glaube hier ist mein Fehler. JJ schrieb: > War das die Frage nach dem offenen Taster? > > Ganz einfach: Kein Strom -> kein Spannungsabfall. Aber wenn der Taster offen ist, gehen doch die 5V über den Widerstand in den Eingang. Ich glaube mein Fehler lag hier: Wenn die Spannungsversorgung nicht mit GND verbunden ist, habe ich kein Potentialunterschied, sodass auch über den Widerstand nichts abfallen kann. Ich habe den Eingang gedanklich immer mit 0V gleichgesetzt, weil da ist ja nichts. Das darf ich aber nicht machen, es gehen die vollen 5V in diesen Eingang hinein. Korrek? Vielen Dank Euch allen! Gruß Malte
Korrekt. Wenn du willst kannst du dir den uC als SEHR großen Widerstand gegen Masse vorstellen. Dann funktioniert der Spannungsteiler auch wieder.
Hallo, ein idealer Eingang wäre ein "offener Drht, das heißt er hat keinerlei Verbindung nach GND oder den +5V, er schaut sich sozusagen nur die Spannung an. Ein praktischer Eingang hat meist Schutzdioden und eben die Auswerteeletronk dran. Das ergbit einen Widerstand gegen GND und auch gegen +5V. Nimm für Deine Beispiele zum Rechnen einfach an, der Eingang ist ein Spannungsteiler mit je einem Widerstand von 1 MOhm gegen GND und +5V. In der Realität ist es komplexer, solange Du aber nur Taster oder Signale mit geringer Frequenz dran hast, paßt das sehr gut. Diese Annahme erklärt z.B. die meist benutzten Werte für PullUp/PullDown-Widerstände: macht man sie zu niederohmig verbraucht man unnötig Strom (man könnte ja auch einen 10 Ohm Widerstand nehmen...), macht man sie zu hochohmig wird der Wert zum Erkennen nicht ereicht. Gruß aus Berlin Michael
Hallo, danke für die Antworten. Ich kann mir der Formulierung "[...] Widerstand gegen GND" nichts anfangen. Wäre das gleichzusetzen mit "Gegenüber von GND ist der Widerstand sehr viel größer"? Michael U. schrieb: > Diese Annahme erklärt z.B. die meist benutzten Werte für > PullUp/PullDown-Widerstände: macht man sie zu niederohmig verbraucht man > unnötig Strom (man könnte ja auch einen 10 Ohm Widerstand nehmen...), > macht man sie zu hochohmig wird der Wert zum Erkennen nicht ereicht. > > Gruß aus Berlin > Michael Mein Arduino kann pro Ausgang ja maximal 20 mA liefern (ausgenommen Kurzschluss) lt. dem Ohmschen Gesetz gilt für die Spannung: U=R*I d.h. bei einem kleinen Widerstand mit I=konst. ist der Spannungsabfall ebenfalls klein. Du schreibst aber, dass bei hochohmigen Widerständen der Wert zum Erkennen nicht erreicht wird. Wäre nach dem Ohmschen Gesetz bei hochohmigen Widerständen der Spannungsabfall nicht viel deutlicher zu dedektieren? Da ja am Widerstand mehr Spannung abfällt? Oder habe ich deinen Post falsch verstanden? Danke! Gruß! Malte
Ganz Hilfreich ist unter Umständen das allseits beliebte Bild von der Wasserleitung :) Spannung = Druck Strom = Durchflussmenge Widerstand = mehr oder weniger zugedrehtes Ventil Taster = ganz offenes oder geschlossenes Ventil uC Eingang = Druckschalter am Ende eines Rohres, am Druckschalter selbst fließt so gut wie nichts vorbei. Beispiel Pull-Down: Wenn du jetzt mit dem Druckschalter herausfinden willst ob der Taster offen oder geschlossen ist, musst du mit dem Pull-Down Widerstand dafür sorgen, dass der Druck aus der Leitung rauskommt wenn über den Taster kein Wasser mehr nachdrückt.
Malte W. schrieb: > Hallo, > > danke für die Antworten. > > Ich kann mir der Formulierung "[...] Widerstand gegen GND" nichts > anfangen. Wäre das gleichzusetzen mit "Gegenüber von GND ist der > Widerstand sehr viel größer"? man meint damit ein Widerstand hängt zwischen Vcc und GND. Bzw. in dem Fall zwischen µC Eingang und GND. Der Eingangswiderstand des µC Pins eben. > Michael U. schrieb: >> Diese Annahme erklärt z.B. die meist benutzten Werte für >> PullUp/PullDown-Widerstände: macht man sie zu niederohmig verbraucht man >> unnötig Strom (man könnte ja auch einen 10 Ohm Widerstand nehmen...), >> macht man sie zu hochohmig wird der Wert zum Erkennen nicht ereicht. >> >> Gruß aus Berlin >> Michael > > Mein Arduino kann pro Ausgang ja maximal 20 mA liefern (ausgenommen > Kurzschluss) lt. dem Ohmschen Gesetz gilt für die Spannung: > U=R*I > d.h. bei einem kleinen Widerstand mit I=konst. ist der Spannungsabfall > ebenfalls klein. > Du schreibst aber, dass bei hochohmigen Widerständen der Wert zum > Erkennen nicht erreicht wird. Wäre nach dem Ohmschen Gesetz bei > hochohmigen Widerständen der Spannungsabfall nicht viel deutlicher zu > dedektieren? Da ja am Widerstand mehr Spannung abfällt? > Oder habe ich deinen Post falsch verstanden? > > Danke! > > Gruß! > Malte jetzt verwechselt du was entscheidendes. Beim Eingang gilt die Spannungsteilerregel. Also Verhältnisse zueinander. Der µC Eingang hat ja praktisch einen Eingangswiderstand. Ich sage mal in den Raum gewurfen ca. 500 kOhm. Wenn Du jetzt den Pullup 1 MOhm machts, dann haste durch den Spannungsteiler eine zu geringe Spannung am Eingang, was der µC nicht mehr als logisch 1 auswertet. Ausgang. Wenn Du nur einen einzigen Widerstand an den Ausgang anschließt. Dann liegen an dem Widerstand immer volle Vcc an. Gewöhnlich hier 5V. Das heißt der Strom wird nur durch den Widerstandswert begrenzt. Das heißt dein kleinstmöglicher Last-Widerstand darf 250 Ohm (5V/20mA) betragen. Ansonsten wird der Ausgang überlastet und kann und wird kaputt gehen. Die Arduino's mit den AVR's können pro Pin übrigens 40mA liefern. Würde ich aber nicht ausreizen. Max. 30mA. Und es gibt noch einen Gesamtstrom zu beachten der bei 200mA liegt. Steht alles im hinteren Teil des Datenblattes zum verbauten µC bei Atmel. Mit üblichen 20mA liegste auf der sicheren Seite.
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Hi So tief brauchst du bei Pullup bzw. Pulldown Widerständen nicht einzusteigen. Schau dir eifach mal die Skizze an und mach dir einen Messaufbau. Dann schau, was die Voltmeter anzeigen. Bei der Beschaltung ohne einen PullUp oder PullDown zeigt das Instrument bei offenem Schalter nichts an. Das ist im Prinzip das selbe, als wenn du ein Stück Draht einfach in die Hand nimmst. Wenn da kein Blitz einschlägt, ist es einfach nur ein Stück draht ohne elektrische Bindung. Aber elektrische oder magnetische Felder können diesem Draht schon ein elektrisches Verhalten verpassen. Eine Elektronik reagiert eventuell darauf. Darum braucht es eine Potentialbindung und die liefert der PullUp bzw. PullDown Gruß oldmax
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Capture16F1827.JPG
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Liest man das Datenblatt einer MCU, z.B. das des PIC16F1827 auf Seite 350, findet man dort (siehe Anlage) diese Daten: Weak Pull-u Current Vdd = 5,0V Vpin = Vss (0v) minimum 25uA typisch 140uA maximal 300uA Also liegt der fertigungstechnisch bedingte Wertebereich fuer den Widerstand eines Pull-up zwischen 5V / 0,000025uA = 200kOhm und 5V / 300uA = 16,7kOhm weiterhin wird der Input Leakage Current an I/O ports, angeschlossen an Vdd=5V, bei 85Grad C mit typisch 5nA maximal 100nA angegeben. Hieraus errechnet sich der Innenwiderstand eines I/O/Pins im High-Impedance Zustand 5V / 0.000000005A = 1000MOhm 5V / 0.000000100A = 50MOhm Baut man nun aus dem Weak Pull up und dem Eingangswiderstand eines i/O-Pins im High Impedance Zustand einen Spannungsteiler mit z.B diesen Werten auf: +5V--200kOhm--x--50MOhm--GND(0V) I I/O-Pin errechnet sich die Spannung am I/O Pin gegen +5V so: {5V/(200kOhm+50M)} x 200kOhm = 0,01992V Dieser geringe Spannungsabfall wird sich auch dann nicht wesentlich aendern wenn andere Werte im Bereich von minimal ueber typisch bis maximal verwendet werden. mgG GroberKlotz
Ich danke euch vielmals! Ich glaube ich habe es verstanden. Ansonsten melde ich mich nochmal :) Danke! Gruß Malte
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