Часть 1. Вступление.

Я решил немного продолжить благие начинания PILOT'a и написать пару статей к теме «С чего начать?». Но т.к. я решил пойти другим путем и начать с основных понятий электроники, таких как электрическое напряжение и электрический ток (далее просто напряжение и ток), то называться это продолжение будет «Основы работы с микроконтроллерами.» Таким образом, Вы не будете думать, что статьи как-то связаны между собой.

Почему я хотел бы начать именно с этих понятий? Да потому, что не имея представления о том, что такое напряжение, я думаю, не стоит говорить о микроконтроллерах. Первое что Вам придется сделать в процессе обучения программированию контроллеров – это зажечь обычный светодиод при помощи контроллера, а для этого надо будет рассчитать номинал резистора. Зачем? Почему? Именно на эти вопросы и можно дать ответ, если понимаешь базовые основы электроники.

Углубляться же в теорию проводников и разбирать полеты электронов – это для начинающих не имеет никакого смысла. Человек, который не знает с чего начать хочет быстрых результатов, и рассматривая университетские курсы в этих статьях, многие этих результатов не дождутся и потеряют интерес к теме микроконтроллеров.


Также, как и в предыдущих статьях, хочу обратить Ваше внимание на то, что:
1) никакая часть этой темы не может быть воспроизведена нигде и ни в каком виде без моего согласия
2) пожалуйста, не задавайте вопросы в этой теме, создайте отдельный топик и спросите в нем, не спрашивайте меня лично

Конечно, буду рад услышать Ваши отзывы по данным статьям.


Часть 2. Закон Ома.

Разбираясь в том, что же такое напряжение и ток, мы автоматически придем к закону Ома.

Для начала разберемся, что же такое напряжение на примере.

Допустим, у нас есть тазик с водой. Если он стоит на полу, то он давит на землю и больше ничего. Если же тазик поднять, то он давит Вам на руки. Теперь мы поставим тазик на две табуретки и зададимся вопросом: «А что же с водой в этом тазике?» А что с ней? Ответ примитивен – она давит на дно тазика, а тот в свою очередь давит на табуретки. Хорошо, а что если в дне тазика сделать дырку? Теперь вода начнет давить «на дырку», то есть вытекать. И куда она будет течь? Правильно – на пол, так как ниже не куда. Чем выше будут табуретки, тем быстрее будет конечная скорость воды (скорость при соприкосновении с полом) и тем больше количество воды которая стекает на пол. Это количество воды можно увеличить также проделав большую дырку.

Теперь мы проведем несколько параллелей. Высота табуреток U будет напряжением, размер дырки будет равен X, а количество воды, стекающий на пол за определенное количество времени, это будет ток I. Сейчас понятно, что I пропорционально U и X, то есть I ~ U·X или I = k·U·X . Можно объединить произведение k и X и назвать его проводимостью G (G = k·X). Обратное значение проводимости G мы назовем сопротивлением R.
Итого мы получаем I = G·U или I = 1/R · U. Именно это и есть закон Ома. Он говорит что, чем больше сопротивление при определенном напряжении, тем меньше ток. То есть, чем выше стоит табуретка и чем больше в ней дырка, тем больше воды течет. Чем больше дырка, тем больше G и меньше R.

Теперь мы в состоянии ограничить ток I, задав при определенном U конкретное значение R. Но это еще не все. Мы также можем рассматривать два определенных случая, а именно, когда R равно нулю или когда R равно бесконечности.

Единицы измерения и сокращения


В первом случае U = R·I = 0·I = 0, то есть, если нет сопротивления, то нет и напряжения. А ток при этом бесконечно велик (а точнее сказать максимален). А во втором случае U = I·R = ?. То есть, при бесконечно большом сопротивлении напряжение будет равно бесконечности? Нет! У нас нет бесконечно высоких табуреток, а есть максимально высокие табуретки. Напряжение будет равняться максимально возможному значению. А вот ток данном случае течь не будет. Переставляйте формулу и подставляйте значения для R, чтобы получше это понять.

Теперь мы можем также ответить на вопросы как «Зачем нужен резистор, когда мы используем светодиод?» и «Что такое логические 1 и 0?».

Ответ на первый вопрос. Если мы не поставим последовательно со светодиодом резистор, то наше сопротивление будет равно нулю и ток будет максимален. А яркость светодиода настраивается именно током. То есть диод будет гореть, но очень ярко и ОЧЕНЬ недолго. И, скорее всего, он просто сгорит. Также стоит заметить, что на самом светодиоде падает определенное напряжение. Сам диод имеет большое сопротивление пока напряжение на нем меньше определенного значения (зависит от используемого материала, примерно равно 0.65V для кремния) и не пропускает ток. Для того, чтобы получить значение резистора надо вычесть это напряжение на светодиоде и поделить разницу на ток, который мы хотим получить. Обычно это 10-20mА. Для случая, что у нас максимальное напряжение равно 5V, а  на светодиоде падает 0.7V из этих 5V мы получим для тока в 10mA резистор с номиналом в 430Ω.

Ответ на второй вопрос еще проще. Определение 1 (logical high) и 0 (logical low) могут быть разными. Если мы, например, возьмем среднее значение между максимальным и минимальным напряжением, то все, что будет больше этого значения, будет равно единице, а все что меньше, будет равно нулю. Обычно оставляют определенный интервал вокруг среднего значения и говорят, что в этом интервале значение неопределенно. При этом все что больше наибольшего значения интервала равно единице, а все что меньше наименьшего будет равно нулю. Например, для микроконтроллера ATmega8 максимальное значение для 0 равно 20%, а минимальное значение для 1 равно 60% от напряжения питания микроконтроллера. Другие значения напряжений могут быть обработаны неправильно и поэтому не должны использоваться.

Продолжение следует...

Оставляйте свои комментарии в теме:
http://forum.vingrad.ru/forum/act-ST/f-36/t-199436.html
Автор: cardinal Источник: Vingrad