Segurament que de vegades t'has topat amb projectes en què necessites polsadors o botons per a una entrada digital, podent així pressionar perquè estigui obert o tancat. No obstant això, perquè aquest tipus de circuits funcioni correctament, necessites resistències configurades com a pull-down o com a pull-up. És precisament per aquest motiu pel qual et mostrarem què són exactament aquestes configuracions, com funcionen, i com les podràs utilitzar en els teus projectes amb Arduino.
Tingues en compte que les configuracions de resistències pull-up i pull-down permeten configurar voltatges de repòs per quan el polsador no està premut i així assegurar una bona lectura del sistema digital, ja que en cas contrari, podria no ser llegit com un 0 o 1 com caldria.
Què fa una resistència
Com hauries de saber, la resistència és un component electrònic fonamental que està fabricada en un material que s'oposa al pas de corrent elèctric, és a dir, al moviment d'electrons a través d'aquest, dificultant aquest moviment, es converteix energia elèctrica en calor, ja que el fregament d'electrons generarà aquesta calor.
Depenent del tipus de material, i la secció, us costarà més o menys feina que els electrons es puguin moure a través d'aquest component. Això no vol dir, però, que es tracti d'un material aïllant, en què no hi hauria possibilitat de moviment dels electrons a través d'aquest.
Aquest esforç per vèncer els electrons a l'hora de circular és precisament la resistència elèctrica. Aquesta magnitud es mesura a Ohmios (Ω) i es representa amb la lletra R. De la mateixa manera, segons la fórmula de la Llei d'Ohm, tenim que la resistència és igual a:
R = V / I
És a dir, la resistència equival a dividir el voltatge per la intensitat, és a dir, volts entre amperes. Segons això, si tenim una font denergia que aporta una tensió constant, la intensitat serà menor com més gran sigui la resistència.
Resistència Pull-Up
Com has vist, perquè la tensió no sigui indefinida en un circuit amb un polsador o un botó, perquè treballi sempre amb valors de voltatges precisos alt o baix, com necessita un circuit digital, es necessita una resistència pull-up, la funció del qual és polaritzar el voltatge cap al voltatge de la font (Vdd), que pot ser 5v, 3.3v, etc. D'aquesta manera, quan el polsador és obert o en repòs, el voltatge de l'entrada serà sempre alt. És a dir, si, per exemple, tenim un circuit digital que treballa a 5v, el voltatge de l'entrada del circuit digital sempre seria 5v en aquest cas.
Quan es pressiona el polsador, aleshores el corrent circula per la resistència i després pel polsador, desviant el voltatge de l'entra al circuit digital a terra o GND, és a dir, seria 0v en aquest cas. Per tant, amb la resistència pull-up el que faríem és que l'entrada estaria a valor alt (1) sempre que no es toqui el polsador, i que estigui a baix nivell (0) quan es pressiona.
Resistència Pull-Down
De forma similar a l'anterior, tenim la resistència pull-down, és a dir, és just el contrari. En aquest cas, tenim que quan el polsador està en repòs el voltatge que entra a l'entrada digital és baix (0V). Mentre que quan es pressiona el polsador fluirà un corrent de voltatge alt (1). Per exemple, podríem tenir 5v en prémer i 0v en deixar-ho en repòs.
Com veus, és tot el contrari a la pull-up, i pot ser molt pràctica en alguns casos en què no es busca un voltatge alt des del principi. Potser això et recordi molt els relés, quan són normalment oberts o normalment tancats, com ja vam veure al seu dia. Doncs bé, això és una cosa similar…
Preguntes freqüents
Per acabar, en veurem algunes dubtes freqüents sobre aquestes configuracions de resistències pull-up i pull-down:
Quin he de fer servir?
usar una configuració pull-up o pull-down dependrà de cada cas. És cert que la pull-down pot ser més popular en alguns casos, però no ha de ser la millor ni molt menys. Per resumir-ho:
- Si per exemple estàs usant una porta lògica amb dos polsadors connectats a les seves entrades i vols que mentre no els estàs prement estiguin les entrades a zero, aleshores utilitza la pull-down.
- Si per exemple estàs usant una porta lògica amb dos polsadors connectats a les seves entrades i vols que mentre no els estàs prement les entrades estiguin a un, llavors utilitza una pull-up.
Com veus, no n'hi ha una de millor ni pitjor, només és qüestió de preferències.
Activar Pull-up intern a Arduino
Alguns microcontroladors inclouen resistència pull-up internes per poder activar-les. Això s'aconsegueix mitjançant certes instruccions inserides al codi. En el cas que vulguis activar la pull-up del microcontrolador d'Arduino, la declaració que has de posar al setup del teu esquetx és la següent:
pinMode(pin, INPUT_PULLUP); //declara un pin com a entrada i activa la resistència pullup interna per a aquest pin
Aquesta tècnica és molt utilitzada tant per connectar polsadors com per a circuits I2C.
Quin valor de resistència he de fer servir?
Per finalitzar, també cal dir que es poden fer servir diversos valors de resistències a les configuracions pull-up i pull-down. Per exemple, es pot fer servir des de 1K fins a 10K depenent d'alguns factors com la freqüència de variació, longitud del cable emprat, etc.
Com més gran és la resistència per al pull-up, més lent és el pin a respondre als canvis de voltatge. Això és perquè el sistema que alimenta el pin d'entrada és essencialment un condensador juntament amb la resistència pull-up, formant així un circuit o filtre RC, que triga un temps a carregar-se i descarregar-se com ja saps. Per això, si vols senyals ràpids, el millor és fer servir resistències entre 1KΩ i 4.7KΩ.
Com a norma, moltes configuracions pull-up i pull-down utilitzen resistències amb valors de 10KΩ. I això és perquè es recomana utilitzar una resistència almenys 10 vegades menor a la impedància del pin digital que s'estigui usant. Quan els pins digitals es fan servir com a entrada, tenen una impedància variable, en funció de la tecnologia de fabricació del xip, però el més comú és que la impedància sigui de 1MΩ.
També cal tenir en compte el consum i el corrent que se li entrarà al circuit digital, com més petita sigui la resistència, més gran serà el corrent i per tant més gran el consum i el corrent que entrarà al xip. Tampoc no podem posar una resistència excessivament alta per tenir un consum baix, ja que si el corrent és molt petit pot passar que el xip no sigui tan susceptible a canvis tan petits i no sàpiga si està a alt o baix voltatge en cada moment. Per exemple, en un circuit amb alimentació de 5V, la resistència podria ser de 10KΩ, sabent que el corrent que entrarà al circuit és de 0.5mA, cosa que en termes de consum és menyspreable, ja que suposa una potència de 2.5 mW.