Funktioniert ein uC-Input so?
Hallo, ich verstehe wie und wann ich Pullup-/Pulldown-Widerstände sinnvoll einsetzen kann, habe aber noch nicht verstanden, weshalb sie derart funktionieren.
Sieht ein Binäreingang an einem Input-Pin eines uC so aus?
Ist der UND-Logikoperator mit negierten Eingängen der Grund für ein LOW durch einen Pulldown-Widerstand (hier mit Open-Drain-Eingang)?
Ist der Open-Drain (Rückpfad von Eingang mit Pulldown-Widerstand) so richtig eingezeichnet?
Es geht im Digitale Input-Pins
Es handelt sich um eine Vermutung wie es funktioniert. Ich habe keine Quelle gefunden.
3 Antworten
Um die Wirkungsweise eines Pull-Down zu verstehen, muss man auch in der Digitalen Welt die analogen Gesetze betrachten. Das Innenleben mit einer Digitalschaltung zu ersetzen bringt dich da nicht weiter.
Ein integrierter Chip ist schlussendlich immer auch mit Bauelementen aufgebaut, die in der analoge Signalverarbeitung benutzt werden. Somit gelten da auch dies gleichen Gesetzmäßigkeiten. In der Digitalschaltungen Interessen aber die zwischenwerte nicht, sondern nur zwei konkrete Zustände, zwischen denen eine undefinierte Zone liegt.
Im Artikel https://de.wikipedia.org/wiki/Complementary_metal-oxide-semiconductor
sieht du solche Ersatzschaltungen, mit denen die Wirkungsweise eher nachgestellt werden kann.
Sieht ein Binäreingang an einem Input-Pin eines uC so aus?
Nein.
Entweder habe ich Deine Zeichnung falsch verstanden oder sie ist falsch ;-)
- Beim nächsten Mal schreib mal Bezeichner an die Bauteile ran, zum Beispiel R1, R2, R3. Ich finde es ist schwierig, Dir so zu helfen.
- Der zweite Eingang vom Und-Gatter ist bei Dir intern über einen Pull-Up gegen GND verbunden, das ist in der Regel nicht der Fall.
- Und der zweite Eingang ist nicht nach außen geführt, solle er aber sein.
Was mir auch nicht klar ist: Ist Dein µC vollständig eingezeichnet? Wenn ja, dann ist der interne Pull-Up zum GND-Pin falsch. Er gehört dort nicht hin.
Mach am besten nochmal eine Zeichnung, die klarer ist. Wo sind die Grenzen des µC, wo ist Innen, wo außen.
Die Schaltung war noch falsch gezeichnet. Ich habe jetzt eine neue mit CMOS. Diese müsste stimmen. Mit den Begriff CMOS habe ich auch Lernmaterial gefunden.
Das Und-Gatter am Eingang bei dir ist falsch... der interne Pull-Down Widerstand hätte ja keine rlei Auswirkung.
Um zu verstehen, was Pullup- und Pulldown machen, musst du tiefer gehen, also zu den Bestandteilen eines Gatters: den Transistoren. Seit Jahrzehnten werden für digitale Schaltungen MOSFETs eingesetzt...
Mosfets haben einen Steuereingang (Gate) und einen steuerbaren Widerstand zwischen Source und Drain. Der Steuereingang ist nur eine kleine Platte, die als Kondensator wirkt. Der Widerstand variiert, je nachdem wie viele Elektronen auf der Platte sind. Je nach Bautyp wird er kleiner oder größer bei mehr Elektronen.
Jetzt hast du 2 Probleme: Wenn du nichts an den Eingang anschließt, kannst du den Zustand der Platte nicht vorhersagen. Durch äußere Einflüsse wie Stromkabel, Funkwellen, statische Aufladung können mal mehr und mal weniger Elektronen auf der Platte sein. Der Transistor kann leitend (kleiner Widerstand) oder gesperrt (großer Widerstand) sein.
Zweites Problem: Du musst aus den vielen möglichen analogen Werten einen digitalen machen. Dich also entscheiden, ab wann du etwas als 1 siehst und ab wann als 0. Modern hast du immer einen Transistor, der an VDD hängt (und leitend wird, wenn mehr Elektronen am Gate sind) und einen Transistor, der an GND hängt (und leitend wird, wenn es einen Elektronenmangel gibt). Die Widerstände der Transistoren bilden einen Spannungsteiler... Im idealfall leitet entweder der eine, oder der andere. Das schlimmste ist 50% Spannung am Eingang, da dann beide leiten und das Ergebnis auch wieder undefiniert ist.
Mit einem Pulldown oder Pullup-Widerstand sorgst du einfach für einen definierten Zustand von Elektronenüberschuss/mangel an den Gates der Transistoren.
Vielen Dank für ihre Antwort. NMOS und PMOS kannte ich vom Aufbau her schon. Vom Bauelement CMOS hatte ich noch nichts gehört, aber nun mit dem richtigen Suchbegriff war es gut verständlich. Ich habe meine Zeichnung wieder nur an eine neue Frage anhängen können.