我目前正在做一个项目,我需要一些很长的电线(大约 20 米,双向 40 米),这些电线将连接到一个按钮,该按钮将用于触发控制器(ATmega8)上的一个引脚。
由于预期的电压降问题,我选择将 I/O 引脚拉高,并通过按钮接地(按钮将 I/O 引脚拉低并触发它)。
因此我的问题是:当我通过它们而不是 Vcc 电压电平 (5V) 接地时,使用这么长的电线会有什么问题吗?
接地是否会出现类似“电压降”的问题?
我目前正在做一个项目,我需要一些很长的电线(大约 20 米,双向 40 米),这些电线将连接到一个按钮,该按钮将用于触发控制器(ATmega8)上的一个引脚。
由于预期的电压降问题,我选择将 I/O 引脚拉高,并通过按钮接地(按钮将 I/O 引脚拉低并触发它)。
因此我的问题是:当我通过它们而不是 Vcc 电压电平 (5V) 接地时,使用这么长的电线会有什么问题吗?
接地是否会出现类似“电压降”的问题?
根据定义,接地是电路中的零点,因此它不会经历“跌落”。地线(例如接地连接)与任何其他电线一样受欧姆定律的影响。
这是您的电路,我从您的描述中了解到:
从 Arduino 的角度来看,地面是埋在电路板内部的一大片铜箔。所有电压的确定(以及因此的逻辑电平:高/低、0/1、真/假等)都源自将信号势能与该箔片(通常最终连接到电池)的势能进行比较/电源的负极)。
在您的问题中,您关心的是地线(将开关的腿连接到地的导线)中的电压损耗。当电流流过它时,这条线可以(并且将会)产生电压(欧姆定律),因此在您的理解中“下降”,但由于开关电路的设计方式,这种下降不足以引起问题:
R3 通常比通过开关的导线路径中的电阻大三个数量级。当开关打开时,电阻几乎是无限的,并且 Arduino GPIO 节点的电压等于 V1。当 SW1 闭合时,Arduino GPIO 节点和地之间的电阻现在是连接到开关的两条线和开关本身的电阻。
24AWG线(网线等小型线材系统中使用的那种,约为0.085欧姆/米)。在达到 100 欧姆之前,您可以行驶超过一公里!即使在这些大电阻值下,导线路径中的总电阻也将小于 250 欧姆,因此仅代表总电压的 2.5%(例如,仍然几乎为 0,并且肯定低到足以被 Arduino 读取为逻辑 0)。
接地的概念是为系统定义的。如果您有多个系统,则它们各自的理由可能会有所不同。
@Techydude 指出了这个问题的几个有趣的例子:
上例中的长线、PCB 的接地层、芯片的接地引脚、引脚和硅芯片之间的键合线以及硅通路本身。
这种与地的相对关系是因为电压本身是相对的。电压是两点之间的势能差。当分析中的所有电压共享同一第二点时,“接地”只是第二点的名称。如果他们不这样做,您将经历(并且必须考虑)接地连接下降。
嗯,是。欧姆定律仍然适用。
你的长电线有电阻。如果您通过这些电线传递电流,则电线上的电压将下降:V = I * R。
但是,如果您的电路设计得很好(并且使用了不错的电线),则电流很小,R 也很小,因此电压差不会太大。
您必须自己确定电流;如果没有示意图,我们无法判断电流是否可以忽略不计。
接地,无论是在电线上还是在电路板上,都会像任何其他连接一样遭受电压降。但是,如果您设计正确的电路,您需要非常少的电流来感应开关闭合,因此电压降是您最不关心的问题。您需要确保感应到 40m 电线上的噪声和瞬变不会进入并损坏处理器。为此,您需要在处理器的输入端使用一个简单的 RC 低通滤波器