Эвристическое объяснение необходимости использования повышающего (или понижающего) резистора

Во-первых, я признаю, что есть несколько вопросов по этой теме на форуме, однако ответы предполагают слишком много базовых знаний в области электроники, чтобы быть полезными для настоящего новичка (такого как я). При этом, если вы решите ответить, пожалуйста, ограничьте свои ответы эвристическими (нетехническими) объяснениями.

Насколько я понимаю, подтягивающий резистор заключается в том, чтобы обеспечить постоянный заряд на линии, в отличие от отключенной линии, которая потенциально может стать жертвой электрических полей и затем создать шум. Шум может быть интерпретирован как входной сигнал и вызвать неожиданные результаты с вашего устройства.

Вопрос 1) Правильно ли я понимаю назначение нагрузочных и опускных резисторов?

Вопрос 2) Как это работает? Может ли кто-то предоставить метафору или аналогию, чтобы описать, что именно происходит с электрическим током?

Во-первых: Да, ваше понимание по существу верно, за исключением проблемы напряжения, а не заряда.

Вот моя аналогия:

Рассмотрим дверь в дом, с действительно гладкими петлями, без болтов или защелок. Дверь настолько легкая и настолько крепкая, что малейший ветерок может открыть и закрыть ее.

Теперь добавьте легкую дверную пружину к двери. Пружина удерживает дверь закрытой, но не слишком крепко: легкий толчок откроет ее, и если отпустить, дверь снова закроется.

Так называемый «плавающий вход » подобен этой двери - малейшие возмущения в электромагнитном поле, как ветерок выше, будут вызывать случайное переключение входа между открытым и закрытым (низкий и высокий).

Добавьте подтягивающий резистор (если вы хотите, чтобы значение по умолчанию было «высоким») или понижающий резистор (если вы хотите, чтобы он был «низким»), и ваша пружина на месте.

Теперь приложенное внешнее напряжение , такое как плавное нажатие, может преодолеть тенденцию «держать дверь закрытой» резистора «пружина / тяга-х» - и после того, как нажатие убрано, вход возвращается к желаемому значению по умолчанию .

Низкое значение резистора при таком использовании похоже на очень жесткую пружину - для его открытия требуется более сильный толчок, но открывать его будет. Он также захлопнется быстрее при снятии толчка.

Подтягивание вверх / вниз делает три вещи.

1, он стабилизирует линию с фиксированным заданием (в большинстве случаев V + для подъема или Gnd для подъема вниз). Линия не будет плавать вокруг. Это также можно сделать без подтягивания, напрямую подключив его к V + или Gnd. Это проблема, которую исправляет часть 2.

2, он защищает схему. Если линия подключена напрямую к V +, а затем к заземлению, вы только что создали короткое замыкание . Это происходит, например, если вывод микроконтроллера, подключенный напрямую к V +, устанавливается как выход с низким логическим уровнем. С подтягивающим резистором у вас больше нет короткого замыкания, только небольшая нагрузка. Это безопасность, которую вы хотите на месте.

3, это позволяет переопределить ссылку на линии без короткого замыкания. Помимо того, что это всего лишь мера предосторожности, это желаемый эффект. Именно так микроконтроллер может считывать переключение, изменяющееся с высокого на низкий или с низкого на высокий при нажатии. Когда кнопка, подключенная к заземлению, не нажата, при подтягивании микроконтроллер показывает состояние HIGH. Когда вы нажимаете кнопку, прямое соединение с землей вместо этого приводит к изменению состояния на НИЗКОЕ, поскольку прямое соединение сильнее слабого подтягивания. Затем он возвращается в состояние ВЫСОКОЕ, когда кнопка отпущена.

@AnindoGhosh аналогия с распашной дверью хороша для части 1 (пружина) и 3 (толчок). В дополнение к этому, часть 2 - это пружина, которая не дает сильному ветру стукнуть дверью по петлям и все испортить в вашем доме. Никакая пружина (подъем / опускание) и сильный ветер (короткое замыкание) могут разрушить микроконтроллер или привести к перегреву батареи, возгоранию, взрыву.