Q&A
> 吸い込みと吐き出しの能力に差のあるICにおいて(RaspberryPiPicoもそうです)
https://datasheets.raspberrypi.org/rp2040/rp2040-datasheet.pdf
のFigure169を見る限り、むしろIohのほうが余裕があるとも言えるような気がしますが。
お世話になります。
この度Raspberry Pi Picoを購入しまして、初めての電気工作をしようとおもっています。
まずはLEDを点灯せることから始めようと思っているのですが、
いろいろな事例を見ると
1, GPIO→抵抗→LED→GND
2, 3V3->抵抗→LED→GPIO
という2パターンがあり、どちらも3.3V出力となっているようなのですが、
この違いはなんなのでしょうか？
素人ながらに、3V3は出力をし続けるもので、
GPIOは入出力を制御できるものと考えているのですが、違いますでしょうか？
また１と２以外に
3, GPIO->抵抗→LED→GPIO
4, 3V3->抵抗→LED→GND
でも点灯させることは可能なのでしょうか？
素人のため、初歩的なことかもしれませんが、
よろしくおねがいします。
回答4件
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私は、Raspberry Piを使った事ないので詳しいことは言えませんが、まずRaspberry Piを使わずに単純にLED点灯はどうすれば点灯するか分かりますでしょうか？
電気には、直流(DC)と交流(AC)があり今回使用しているのは直流の方です。
直流は、プラスV(ここでは3.3Vになるのかな？3V3だから)から0V(GND)へ向かって電流が流れます。
そこの間に、抵抗とLEDを挟めばLEDが点灯します。
つまり、3V3(+3.3V)→抵抗→LED→GND(0V)となれば点灯します。
つまり、質問4の3V3->抵抗→LED→GNDがまさにそれに当たります。
と言うことは、3V3はマイコンには関係なく電源の発生のプラス側と直に繋がっていることになります。
乾電池でいうと、乾電池のとがった方と言えば分かりますか？
GPIOは、入力としても出力としても使え、出力では、つまり簡単にいうとプログラムでHighにすると3.3vを繋げてやる事ができます。
そのピンのGPIOを入力として使うのか出力として使うのかはプログラム内で設定すると思います。
1, GPIO→抵抗→LED→GND
プログラムでGPIOをHighにするすると、3V3(3.3V)→抵抗→LED→GND(0V)が成り立ちLEDが点灯します。
後、3V3(3.3v)とGNDを直に繋げショート(短絡)しないように自己責任で行ってください。
後、LEDは極性があるので長い方をプラス側に繋ぎます。
GPIO→抵抗→足の長い方(LED)足の短い方→GND
２、３のそのほかは、考えてみてください。
２の繋ぎ方は、3V3→抵抗→足の長い方(LED)足の短い方→GPIO
投稿2021/07/31 07:49
編集2021/07/31 07:51
総合スコア334
0
ベストアンサー
1, GPIO→抵抗→LED→GND
2, 3V3->抵抗→LED→GPIO
この2つの違いですが、「1」ではHigh電位にしたGPIOから電流が流れ出す(電子は流れ込む)のに対し、「2」ではLow電位にしたGPIOに電流が流れ込む(電子は流れ出す)違いがあります。
大昔、ICがまだCMOSでなかった頃、GPIOはLowにして電流を吸い込むことはできても、Highにして電流を吐き出す能力はほとんどありませんでした。
例えば吸い込み側は10mA出せても吐き出し側は0.1mAといった具合です。
この場合、2の方向にせざるをえません。
時代は進んでICがCMOS化し、吐き出し側も十分な電流が出せるようになりました。それでも吸い込み側の方が能力が高い場合は多く、例えば20mA対5mAといった具合です。
なので、吸い込みと吐き出しの能力に差のあるICにおいて(RaspberryPiPicoもそうです)少しでも電流を多く流したい場合のつなぎ方が「2」で、
今の時代LEDなぞ数mA流せば十分なのでHighで点く方が分かりやすくてよいというつなぎ方が「1」です。
3, GPIO->抵抗→LED→GPIO
可能です。マトリックスを組んで多数のLEDを扱うとき有用なつなぎ方です。ただし両側のGPIOでそれぞれ電圧降下が起こるので、あまり電流は流せません。
4, 3V3->抵抗→LED→GND
それはマイコンを通さず電源に直接つなぐのと同じですので、当然点きます。
投稿2021/07/31 02:55
総合スコア3047
ああ、この手の図、縦軸のスケールが違うんですよ。
なお私が見ていたのはTable 632で、電流が同じでIOVDD-VOHとVOLに差があることからの判断でした。
絶対最大定格内で、Voh/VolがH/Lの範囲に留まるのが供給/流し込み能力とするなら、そりゃL側0.3Vに対してH側は0.6Vddとかいうとスケールは大きくなることにはなるだろうけど。
純粋に電圧降下の値だけを問題にするのかしら?
どうも話が見えませんね…。
「同じ電流を吐き出し/吸い込んでいる時のVdd/GNDとの電位差が小さい」・「同じ電位差の時の電流が大きい」ことを能力が高いと呼んでいます。
そしてグラフを見てIohの方が余裕があるということですが、縦軸のスケールが異なるのを見落としてはいませんか? スケールを考慮すればOutput HighよりOutput Lowのカーブの方が傾きが緩やかで、能力が高いと判断しているのですが。
では縦軸を揃えたとして、Figure169では、Vdd3.3VからVohが3.0Vにまで下がる電流とVol側が0.3Vにまで上がる電流と、どこが4倍の差になっていますか?
おや、すいません、今日の昼過ぎにコメントを書き込んだつもりが失敗していたようです。
なぜ急に4倍という数字が出てくるのでしょう。RaspberryPiPicoで電流が4倍になると主張した覚えはありません。
4倍と言えば(架空の)例として挙げたRaspberryPiPicoとは無関係な20mA対5mAがちょうど4倍ですが何か関係ありますか? この場合も常に電流が4倍になると取るには無理があると思いますが。
それよりFigure169のグラフを見てIohの方が余裕があると言った件はどうなったのでしょう。
> 20mA対5mAがちょうど4倍ですが何か関係ありますか?
まさにそれが「4倍」です。別に4倍である必要はないですが「大きな差がある」と言いたかったのではないのですか? RP2040でも。
> どうなったのでしょう。
特に聞かれていると思っていなかったので放置していました。VOHがHを保つ電流と、VOLがLを保つ電流ではVOH側のほうが大きい、というそれだけです。
RaspberryPiPicoについて「大きな」差があるとは言っていませんが、差があることについては、先述の通り表を見て同じ電流についてIOVDD-VOHとVOLに差があることから判断しています。
Output Voltage High @IOVDD=1.8Vからの6件から、
(1.8-1.24)/0.3=1.8666667
(2.5-1.78)/0.4=1.8
(3.3-2.62)/0.5=1.36
となります。
グラフの傾きを見てもよいです。先述の通りスケールを考慮すればOutput HighよりOutput Lowのカーブの方が傾きが緩やかなことから能力が高いと判断しています。
> VOHがHを保つ電流と、VOLがLを保つ電流ではVOH側のほうが大きい、というそれだけです。
ああ、つまり「絶対最大定格内で、Voh/VolがH/Lの範囲に留まるのが供給/流し込み能力とするなら、そりゃL側0.3Vに対してH側は0.6Vddとかいうとスケールは大きくなることにはなるだろうけど。」の部分でしたか。
こちらは納得しました。
> Output HighよりOutput Lowのカーブの方が傾きが緩やか
事実としてそのとおりです。
で。
いまさらTTLを使う機会もほぼないでしょうから、LEDを目視用途で連続点灯する場面においては、電流を吐き出そうと流し込もうと実用上大差はないと思っていてほぼ差し支えない、で結論付けちゃっていいですかね。
(LEDを抵抗なしで直結する輩が結構居るのはおいといて...)
そうですね。
(目視用途連続点灯でなく光量を出したく)少しでも電流を多く流したい場合のつなぎ方が「2」で
(目視用途連続点灯で)今の時代LEDなぞ数mA流せば十分なのでHighで点く方が分かりやすくてよいというつなぎ方が「1」
だと思っています。
> 目視用途連続点灯でなく光量を出したく
その場合は吸い込み吐き出しどちらを選ぶかということではなく、マイコン直でドライブという設計自体が間違いになると思います。まぁ、コストとか基板面積が極限に厳しい場合とかあるのかもしれませんが...
目視でもダイナミック点灯だったりすると小さなLEDでもパルスで50mAとかいう世界になりますから、当然に何らかのドライバを噛ませることになるでしょう。
私は、小さなLED程度だとマイコンピンから直でドライブして終わりにしてましたが、LED程度でも何か間に嚙ませスイッチングしないと本当は良くないんですね。コイルみたいに逆起電圧もかからないしそこまで必要ないと思っていました。ちなみに、その50mAパルスはどのタイミングででるのでしょう？直流ですから突入電流はなさそうですし。
> LED程度でも何か間に嚙ませスイッチングしないと本当は良くないんですね
マイコンのスペック内なら直で全然かまいませんよ?
> その50mAパルスはどのタイミングでで
でる、というと「勝手に出てくる」というようなニュアンスを感じますが、そんなことはなく、単に50mAなら50mA流すように回路を作るだけの話です。
そうですよね、マイコンのスペック内なら良いですよね。
そうですよね、LEDなので〇ｍA流すように抵抗を調整するだけですもんね。
目視で確認できるレベルまで流すとしてもそこまで電流を流さなければいけなかったけなぁと思ったり、どこかのタイミングで突発的にでる現象によるものなのかと思いまして。
勉強になるなぁとちょっと質問してみました。ありがとうございます。
回答ありがとうございます。
みなさんがおっしゃっていることが自分にはまだチンプンカンプンですが。。。
勉強になりました。
すべてのつなぎ方で説明いただけて大変助かりました。
少し触って色々と試していきたいと思います。
自分の中では
プログラムを利用して、プラス側の制御を行って、GDNに流すというやり方が
今の所一番わかりやすいかなと思いましたので1で進めていきたいと思います。
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出力状態のGPIOの端子ってのはfig1のようになっているわけです。SW1とSW2はどちらかがONになって、SW1がONならH出力、SW2がONならL出力。(両方OFFならハイインピーダンス、両方ONなら...壊れる)
3V3は通常(マイコンの動作が主眼のとき)「出力」とはいいません。単に電源につながっているだけでマイコンの管理の外なので。システムとして電源を供給する端子として使われるときは「出力」と言わないわけではありませんが。
で、LEDの回路は、ループ中に電源が入っていれば点灯、入っていなければ(あるいはループが切れていれば)消灯(fig2)。
GPIOとGND間にLEDを繋いで、H出力のときはfig3のようになるのでつまり点灯。L出力のときはfig4の用になるので消灯。
それ以外の接続でどのようになるか、そんなに難しい話ではないと思いますがいかが?
なお、SW1とかSW2にはRP2140(RaspberryPi Pico)の場合は一つの端子あたり25mA以上流したら壊れるかも知れません。GPIOの総和で125mA以内という制限もあります。
投稿2021/07/31 02:07
総合スコア7703
回答ありがとうございます。
図まで書いていただいて大変参考になりました。
電流の上限は全く頭に入っていませんでした。
危ないところでした。
基本の勉強し直して、どんどんと進めていけるようにします。
自分の中では
プログラムを利用して、プラス側の制御を行って、GDNに流すというやり方が
今の所一番わかりやすいかなと思いましたので1で進めていきたいと思います。
ありがとうございます！！凄くわかりやすいですね。
読んで勉強いたします。
0
１では、GPIO出力をHiにするとLEDが点灯します
２では、GPIO出力をLoにするとLEDが点灯します
４では常に点灯しっぱなしになりますね
３でも点灯させることは可能です。どういう条件で点灯するかは考えてみてください
投稿2021/07/30 22:20
編集2021/07/30 22:21
総合スコア88042
回答ありがとうございます。
電池で一度試してみたものの、つなぎ方がたくさんあってプラスマイナスが一体どれなのか
予想はできても自身がなかったので質問しました。
2の話を聞くと、GPIOを0にすればマイナスと同じということで理解が深まりました。
1が自分には一番わかりやすく、プログラムもやり易いかなと感じましたので、
まずはそちらでどんどん作っていきたいと思います。
３V3とGNDというのは電源のそれぞれ3.3Vと０Vのラインです
GPIOのHiレベルとLoレベルにそれぞれ対応します
LEDは電流を流すことで点灯します
GPIOとLEDとGNDをつないだ場合、GPIOがLoの場合は、LEDの両端が０V通しなので電流は流れず、点灯しません（回答の１）
３V3とLEDとGPIOをつないだ場合、Hiにしたときは、両端3.3V通しなので電流は流れず点灯しません（回答２）
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2021/08/02 02:34
2021/08/03 11:05