Por que os LEDs na maioria dos projetos incorporados são invertidos?

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Percebi que em todos os meus painéis de avaliação eu tinha até esse momento. Os LEDs foram todos conectados em baixa ativa à porta do microcontrolador. Entendo que, do ponto de vista de segurança, é melhor ter linhas RESET baixas ativas e coisas do tipo. Mas por que LEDs?

led embedded

— alguém
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Antigamente, os transistores NMOS e NPN eram muito mais fortes que o PMOS ou PNP. Então, todos nós temos o hábito de organizar os LEDs para que a entrada lógica afunde, em vez das fontes atuais. Na maioria das vezes, não importa mais, mas os velhos hábitos são difíceis de morrer. Conectei os LEDs de outra maneira na ocasião. Funciona bem desde que você respeite o limite atual de IO.

— Mkeith 23/05

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Geralmente, os pinos de E / S de um microcontrolador são capazes de afundar mais corrente do que podem obter. Isso pode resultar em LEDs mais brilhantes, sem exceder a fonte total máxima de corrente para todo o chip. Sua milhagem pode variar, é claro, sempre verifique a folha de dados.

— Wossname

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O TTL adquiriu a noção de unidade baixa ativa e a E / S do CMOS é sempre entrada alta ou flutuante inativa com / sem pull-up ativo. assim LED

— apagado

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Nota histórica: As entradas TTL flutuavam alto e, para reduzir uma entrada, era necessário puxar a corrente dela. É por isso que as saídas TTL tinham que ser capazes de "afundar" corrente significativa no estado baixo, enquanto não precisavam "abastecer" muita corrente no estado alto. (Na verdade, partes TTL com coletor aberto saídas não poderia fonte qualquer corrente em tudo no estado alto.)

— Solomon Lento

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Um outro ponto. Nos "bons e velhos tempos", os LEDs eram muito ineficientes e você realmente precisava de 20mA para torná-los razoáveis. Atualmente, 5mA é deslumbrante, portanto, fonte ou coletor não costumam ser um problema.

— Dirk Bruere

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Ainda é o caso de que os pinos de E / S do MCU geralmente tenham uma corrente de fornecimento de unidade mais fraca que a corrente de dissipação.

Em uma saída típica do CMOS MCU, quando eles dirigem LOW, eles ativam um MOSFET de canal N; e quando eles dirigem ALTO, ligam um MOSFET de canal P. (Eles nunca ligam os dois ao mesmo tempo!) Devido às diferenças de mobilidade que se aplicam ao canal N versus canal P (cerca de um fator de 2 a 3 de diferença), é necessário um esforço extra para tornar o P- O dispositivo de canal exibe "qualidade" semelhante a um comutador. Alguns vão para esse esforço extra. Alguns não. Caso contrário, a capacidade de afundar (canal N) ou fonte (canal P) será diferente.

Alguns deles são quase simétricos, na medida em que podem obter quase tanto quanto podem afundar. (O que significa apenas que eles são tão bons quanto uma mudança para o terra do que uma mudança para o trilho da fonte de alimentação.) Mas mesmo quando se tenta um problema extra, há outros problemas que tornam improvável que os dois dispositivos sejam totalmente semelhantes e ainda é geralmente o caso de o lado da fonte ainda ser pelo menos um pouco mais fraco.

Mas, na análise final, é sempre uma boa ideia ver a própria folha de dados para ver. Aqui está um exemplo do PIC12F519 (uma das partes mais baratas da Microchip que ainda inclui algum armazenamento interno não volátil e gravável para dados).

Este gráfico mostra a baixa tensão de saída (eixo vertical) versus a baixa corrente de afundamento (eixo horizontal), quando a CPU está usando $V_{CC}=3\:\textrm{V}$ :

Este gráfico mostra a tensão de saída ALTA (eixo vertical) versus a corrente de fonte ALTA (eixo horizontal), também quando a CPU está usando $V_{CC}=3\:\textrm{V}$ :

Você pode ver facilmente que eles nem se incomodam em tentar mostrar os mesmos recursos atuais de afundamento versus fornecimento.

Para lê-los, escolha uma corrente de magnitude semelhante nos dois gráficos (muito difícil, não é?) Vamos selecionar $5\:\textrm{mA}$ no primeiro gráfico e $4\:\textrm{mA}$ $230\:\textrm{mV}$ $R_{LOW}=\frac{230\:\textrm{mV}}{5\:\textrm{mA}}\approx 46\:\Omega$ $600\:\textrm{mV}$ $R_{HIGH}=\frac{600\:\textrm{mV}}{4\:\textrm{mA}}\approx 150\:\Omega$ $25^\circ\textrm{C}$

$2\:\textrm{V}$ $10\:\textrm{mA}$

$50\:\Omega$ $150\:\Omega$

— jonk
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Oi Jonk, por favor, veja meus comentários um exemplo para Olin abaixo e reconsidere. É justo dizer que os MCUs costumavam ser assim e os chips lógicos em geral, mas não o são atualmente. Microchip parecem ser uma exceção que você tanto olhou para mas eles são dificilmente o mercado de volume lá fora :-)

— TonyM

@TonyM Eu testei inúmeros dispositivos há cerca de dez anos - do MSP430 aos dispositivos PIC Microchip. Embora em muitos casos as MCUs tenham se aproximado muito mais dos recursos de origem versus coletor, houve SOMENTE um caso em que achei que o recurso de origem era igual ou superior ao recurso de coletor. E isso ocorreu em um dispositivo em que APENAS UM PIN foi especificado e alcançado. Todos eles, caso contrário, exibiram menor movimentação. Não ao ponto do exemplo de dispositivo que dei, mas longe o suficiente para que valha a pena conhecer. O MSP430, por exemplo, fornece um dissipador de cerca de 60 ohm e uma fonte de cerca de 100 ohm.

— 22617

@TonyM Então, embora os detalhes variem, é claro, e alguns dispositivos estejam mais próximos (às vezes, muito mais próximos) do que outros, o ponto permanece. Você tem um dispositivo específico que fornece curvas detalhadas sobre as correntes de afundamento e de origem que eu possa examinar, a fim de melhorar minha resposta aqui? Digamos que o dispositivo selecionado deve operar com

V_{C C} = 3 V

$V_{CC}=3\:\textrm{V}$ , para que eu possa manter maçãs em maçãs. Eu gostaria de melhorar a resposta.

— 21717

Agora você está perguntando, eu fechei todos eles. Dê uma olhada na parte do Silicon Labs e, geralmente, as folhas de dados do NXP são boas, vou ter que verificar novamente um pouco. Mas meus exemplos mostram que hoje os chips lógicos são balanceados e sua única profundidade é o desequilíbrio. Você pode pendurar claramente um LED em qualquer uma dessas saídas e elas funcionarão bem. As saídas não precisam ser balanceadas com precisão para que a lógica antiga tenha desaparecido, como as saídas 74LS com dissipador de 1,6 mA e fonte de 0,4 mA, uma proporção de 4 para 1. Portanto, não se pode dizer que o ponto permanece, são apenas hábitos antigos que prevalecem. A menos que você ame apenas o Microchip :-) #

— TonyM

@TonyM Meu argumento é mais sobre examinar folhas de dados e fazer as verificações de sanidade associadas, do que sobre qualquer dispositivo. Além disso, porém, não é irracional antecipar alguma diferença. E se você tiver uma escolha, poderá achar que é um pouco mais seguro usando o active-LOW, ainda hoje. Mas sempre verifique !! Claramente, para algumas aplicações (LEDs, por exemplo), é muito mais provável hoje do que há 20 anos. Mas o OP está perguntando sobre "Por quê?" eles encontram o que encontram. Minha resposta é uma resposta para essa pergunta. Eu ainda gostaria de ver algumas curvas (não as linhas da tabela) de algum dispositivo em 3V.

— 21717

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É bastante comum (embora não tão comum como costumava ser) que os pinos de saída do microcontrolador possam afundar mais corrente no estado baixo do que na fonte no estado alto. Como resultado, os designers se acostumaram a colocar LEDs, ou qualquer outra coisa que precise de uma corrente alta (para um pino de microcontrolador) entre a energia e o pino, em vez de entre o terra e o pino. Quando o micro possui capacidade simétrica de fonte / coletor, isso não é necessário, mas também não causa danos.

Por exemplo, aqui está um trecho da folha de dados do PIC 16F1459 (uma peça de produção razoavelmente recente e certamente mainstream):

Observe como as correntes do gabinete de baixa tensão de saída são mais altas na mesma tensão de alimentação do que do gabinete de alta tensão de saída . E, as correntes do coletor são especificadas para um aumento de 600 mV, enquanto as correntes da fonte para uma queda de 700 mV. Em suma, este micro possui drivers laterais baixos substancialmente mais fortes em seus pinos de E / S regulares.

Muitos micros mais novos são simétricos, aparentemente particularmente aqueles que não têm muita capacidade de fonte / coletor em primeiro lugar.

Quando o LED requer mais corrente do que uma saída digital pode suportar, ou pelo menos mais do que você deseja permitir, é necessário usar um transistor externo. Um interruptor lateral baixo é a escolha natural e simples. O LED é então conectado entre a energia e este transistor.

— Olin Lathrop
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Oi, uma correção para sua resposta: [ era bastante comum que os pinos de saída do microcontrolador pudessem afundar mais corrente no estado baixo do que eles podem obter no estado alto. Os microcontroladores dos últimos 10 anos ou mais têm saídas balanceadas que fornecem tanto quanto afundam ] Eu concordo completamente que foi o caso com 8048, 8051, 6811 e todos os antigos, mas não com o pós-2005 ou o que está por vir. como todos os braços. Obrigado.

— 23717 TonyM

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@ Tony: Fonte / coletor assimétrico ainda é comum, embora menor do que costumava ser. Acabei de verificar uma das peças PIC 16F1xxx (16F1359 especificamente), que são relativamente novas. Com 5 V Vdd, uma saída alta pode fornecer 3,5 mA com queda de 700 mV. Uma saída baixa pode afundar 8 mA com queda de 600 mV. Isso está longe de acabar, mesmo em micros modernos.

— Olin Lathrop

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O PIC16F1xxxx é uma atualização da antiga linha PIC16Fxxx, mas ainda da tecnologia antiga. Agora são todos simétricos o mais próximo possível, com amplas tolerâncias de 25%. e 1 / Vdd sensível.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

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Obrigado por procurar, mas a parte Microchip parece enganosa. Eu olhei para cima: NXP P89LPC933 (8051, 2004) com Iol = Ioh = 20 mA; NXP LPC1111 (ARM, 2010) com Iol = Ioh = 4 mA; TI OMAP5910 com Iol = Ioh = mesmo mA (configurável); TI TMS320C620 com Iol = Ioh = 8 mA; Silicon Labs EFM32GG380 (2014) com Iol = Ioh = o mesmo mA (configurável). Ignore o '-' ausente nos coletores. Poderia ter continuado, apenas 5 minutos rápidos na minha biblioteca de dados ... pessoalmente, não vejo um desequilibrado há décadas. Você pode reeditar sua resposta de maneira semelhante ao meu comentário anterior, bom para dar uma visão geral e inofensivo à sua resposta para fazer isso.

— TonyM

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@OlinLathrop "A série 6F1xxx é uma sequência recente da antiga série 16Fxxx." Sim, eu sei disso, mas eles optaram por não atualizar as especificações do RdsOn, de modo que o Vol, o Voh é idêntico para que o Q não seja alterado nos designs de placas herdadas que afetam as características e o toque das linhas de linha. Mudar o driver Z pela metade em faixas de impedância não controlada (leitura indutiva) pode causar bordas falsas ao tocar), portanto, especificações de driver adquiridas para aqueles que operam no máximo f.clk. Q = 2pi * f * L (f) / ESR para unidade de origem

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

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Usando um design suspenso, é possível alternar um dispositivo (por exemplo, um LED) com uma fonte de 5V, usando um microcontrolador tolerante de 1,8V mas 5V sem componentes externos.

Quando o pino (configurado com dreno aberto) não é puxado para baixo, ele está flutuando, como nenhuma corrente é consumida, a tensão flutua para a tensão de alimentação do led, para 5V. Isso é bom para alguns, mas nem todos os micros de baixa tensão.

Dessa forma, você pode executar os leds diretamente de uma linha de suprimento e usar um conversor de tensão de corrente mais baixa para o micro. Esta é a única maneira de usar, por exemplo. leds azuis em um micro de 1.8v sem adicionar mais componentes.

Por exemplo, os pinos da série NXP LPC81xM são tolerantes a 5v quando o micro é alimentado, mesmo a 1,8v

Banco de dados do NXP LPC81xM

— Pelle
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Como os mosfets de dreno aberto geralmente consomem mais corrente do que o push pull e às vezes até toleram uma faixa de tensão mais ampla. O uso de um LED com dreno aberto funciona apenas com uma configuração baixa ativa. Depende do micro, porém, alguns são apenas push pull.

— Voltage Spike
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